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1、交通灯控制电路设计、设计目的、任务 2二、设计方案比较及选择 3三、 总体功能说明6四、各单元电路图及功能说明 71、时序脉冲产生和分频电路 72、倒计时计数电路83、状态控制电路 94、显示电路 11五、设计总结 13一调试过程 13二实习心得 14三实习建议 15六、附录 16一. 设计目的、任务1 .设计课题交通信号灯控制电路设计2 .设计目的习了一个学期的数字逻辑课程，这次的课程设计主要是要综 合了解与运用所学的知识，通过这次的课程设计来检测这一学期所学 的知识。通过制作来了解交通灯控制系统，了解译码器、计数器、寄 存器芯片的作用。交通灯控制系统主要是实现城市交叉路口红绿灯的控制。在现
2、 代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每个交叉路口都需要有 一个准确的间间隔和转换顺序，这就需要有一个安全、自动的系统对 红、黄、绿灯的转换进行管理 本次的设计就是基于此目的而设计的。3. 设计任务十字交叉路口分纵、横两组信号灯控制。每组有红、绿、黄三色信号灯显示。各干道亮灯顺序为：红一 绿一 黄一 红一绿，红灯、黄灯、绿灯的亮灯时间比例为3: 2： 1。分别用2位（共4位）LED显示纵、横两路的绿灯亮时间。设计该电路并画出整体电路原理图。完成设计电路连接与调试。写出设计说明书。二. 设计方案比较及选择（二）方案比较:方案一的状态控制电路与倒计时计数功能采用74LS194以及 74LS19
3、2，易实现，与方案二一样。但是方案一的延时电路较方案二 来说，更为复杂一点，用到的芯片较多，接线更为复杂，比较不容易 掌握和理解，而方案二的延时电路只用了一片74LD161及一个与非门 就可以实现，比较容易。相较之下，我采用方案二来实现此次的交通 灯控制电路。三. 总体功能说明电路工作总体框图：交通灯控制电路主要由以下几部分构成，分别为时序脉冲产生 和分频电路、绿灯计时电路、绿黄灯初值预置电路、状态控制电路、 显示电路等部分构成。状态控制器是系统的核心部分，由它决定交通 灯处于哪一个运行状态。从而使相应的交通灯点亮，并决定下一个状 态的预置电路该预置的绿灯和黄灯的预置值 状态控制电路是由寄存
4、器74LS194来实现的。首先进行置数将1（高电平）送给高位的Q0, 使绿灯1、黄灯1、绿灯2、黄灯2在当前状态计时结束后，计数器 置入下一个状态计数值并开始计数，如此循环往复。绿灯1和黄灯1 亮时红灯2亮，绿灯2和黄灯2亮时红灯1亮。当绿灯亮时，红灯显 示时间和绿灯同步；当黄灯亮时，红灯显示时间为绿灯的值与黄灯的 值相加。其他单元在状态控制电路的状态控制下有序的完成计时和计 数转换。假定当前状态如绿灯亮时，结果分析如下：将绿灯的输入端接到 计数器，对绿灯的亮灯时间进行计数，然后显示输出。绿灯熄灭时， 数码管LED灭；绿灯亮时，计时器从20秒开始倒计时，此时，另一 路的红灯亮。当计时递减到0时
5、，状态控制器进入下一个状态，当另 一路的绿灯亮时，计数器、显示器执行上述的功能，如此周而复始， 完成交通灯的显示过程。各单元电路图及功能说明1. 时序脉冲产生和分频电路a）电路原理图时序脉冲产生电路原理图b）功能说明时序电路是数字系统不可缺少的一个重要组成部分 因为数字电 路只有在时钟电路的驱动下才可正常工作。根据应用场合的不同，不 同数字电路选择使用不同类型的时钟发生器。因为交通灯控制系统的秒信号精度不高，故选用555定时器。c）所需器件555芯片一个51K、39K电阻各一个10UF、0.01UF电容器各一个非门芯片74LS04 一个d）芯片引脚图37d5133牝2. T中，沙乳（HJT叫中
6、4. ftESEL5. COHTJIOL VOLmE-6. 1URESMDLD.-7. DISCMAROE皿/. 12 1! 10 9 驴74LSO41 卜 4 5 S 7 Gg2.倒计时计数电路b）功能说明倒计时计数电路主要由计数器构成 它在整个系统设计中的作用 是实现计时计数，在此我选用减法计数器，因为本设计说明计时时间 可预设，所以需要可预置数的计数器，综合以上要求，采用74LS192。当交通灯控制系统开始工作时，该部分电路将实现各种状态的转 换功能。首先，将数码管显示一路绿灯的预值（20秒），预值：0010, 0000；当其减到0时，计数器产生借位，此时绿灯灭。直到此绿灯再次亮时，重复
7、上述转换功能，实现倒计时计数。将绿灯的输出接到芯片的LD端，实现倒计时计数，CR端置0;CPD接1HZ的脉冲信号。Q3、Q2、Q1、Q0端分别接显示74LS48的A3、A2、A1、A0 端。c）所需器件74LS192计数器d）芯片引脚图1615 14 131211 109*ygXLJM CR bo co ld D274LS192ULUiLQO CPD CPU Q2 Q3 GNI*iii ii iii12 34.567 阮SAAAAAA74ls192功能表输入输出MRFL顷P3P2P1P0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba011XXXX加计数011XXXX减计数3.
8、 状态控制电路a）电路原理图状态控制电路原理图b）功能说明74LS194为双向移位寄存器，当M1M0置为“11”时，首先对其进行置数，将Q0的值置为1，其余的置为0，再将Q0与Q1用或门相接，接到绿灯1，再与Q2相或，送给红灯2，Q2送给黄灯1；同样的，将低位的74LS194的Q0-Q3端接到相应的交通灯。接着将M1M0置为“01”，实现移位功能，通过与或门芯片74LS32连用，实现交通灯循环亮灯的控制功能。c）所需器件74LS194芯片双向移位寄存器74LS32芯片2输入端4或门d）芯片引脚图VCC QO QI QZ Q3; CP SI SQ74LS194CR Dsr DO DI D2 D3
9、 Dsl GND双向移位寄存器74LS194VCC B4 A4 Y4 A3 Y374LS32Al Bl Y1 A2 B2 YZ GND2输入端4或门74LS324. 显示电路a）电路原理图b）功能说明74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器 它具有集电极开路输出结构，可以直接驱动共阴极数码管。因此，我选用74LS48来实现此部分功能。将74LS48的4个输入端A3、A2、A1、A0分别与计数器74LS192的输出端Q3、Q2、Q1、Q0相接，再将它的7个输出端接到数码管对应的引脚上，用来控制七段LED显示器的7个发光段。通过各芯片的综合使用，来实现显示功能。c）所需器件74LS48七
10、段数码管译码器驱动器LED数码显示器d）芯片引脚图VC O f g a b c de74LS48Al A2 NC NC NQ A3 AO GND七段数码管译码器驱动器74LS48g fGND a t f G叩峭1 ：245LEDVcc p（ I原希祠旬 Pi Ps!园回回画局rn丽rnLdLzJllJLLJLiJLLlLiJLdP1 O| Ot） CPo CPU Qj Qj GND（a）74ls192引脚图五.设计总结（一）调试过程1. 设计过程中，一开始由于思路不清晰，被各种芯片的功能搞得头晕脑涨。不同的芯片可以用来实现同一种功能，因此只能在了解 了各芯片的具体功能以及设计要求之后，进行比较
11、，选择符合要求的 芯片来实现。2. 在第一阶段设计交通灯的循环时,将双向移位寄存器74LS194 的左循环与右循环（Dsr与Dfl）接错了，将低位的Dsr接到高位的Dfl，导致交通灯不亮，经过检查之后，解决了这一问题。对于74LS194，当M1M0置位“11”时，会实现送数功能，即 将输入端D0-D3的值相应的送给Q0-Q3实现初值的设定。当电路接 好之后，通上电源，接上脉冲信号，发现绿灯1以及红灯2不亮，用 万用表对电路各引脚的电位进行测量之后 发现当M1M0置位“11” 时，没有实现送数功能，因此灯不亮。所以，我们认为是74LS194坏了，换了一个芯片之后，解决了这一问题。测试结果 绿灯1
12、亮一黄灯1亮一绿灯2亮一黄灯2亮红灯2亮红灯1亮3. 第三阶段做一盏灯的倒计时计数电路时，计时器显示从20秒 到00秒，当绿灯不亮时，LED显示的是20（初态），为了将此时的LED显示灭掉，在与同学讨论研究之后，将74LS48的第四个引脚RI/IRBO接到绿灯，将绿灯不亮时的LED显示灭掉。测试结果LED显示倒计时，从20190100,绿灯灭时，不显示数字。4. 第三阶段另一路绿灯的倒计时计数电路时，当电路接好之 后，发现十位数的数字不显示，只显示了个位数 用万用表检测之后， 发现高位的74LS192的接触不好，致使无法显示。通过调整，将74LS194芯片固定好之后，可显示十位数数字。调试结果
13、LED显示绿灯2倒计时,从201901 00，绿灯灭时，不显示数字。5. 第四阶段实现两路交通灯的倒计时。循环控制时，由于各导 线接触不好以及接电源接地等步骤的漏掉，导致了一些问题，经过检查之后，发现并解决了问题，使电路完成了它的整体功能。6. 震荡电路的设计中，将555芯片的接地端接错了，导致电路 无信号输入，在对照了芯片的引脚图之后，将接地端改正。接好电路将脉冲接到电路中时，发现只有一路的绿灯倒计时功 能正常完成，而另一路的倒计时功能出现异常，倒计时从2018 1614倒计，后来在将CP接到电路之前先接一个与非门，排除了这个异常现象，整个设计到此基本实现，各电路的功能都正常完成。（二）实习
14、心得万事开头难，一开始拿到设计题目，花了好长时间才进入状 态，设计所需的电路图。通过这次的设计，我发现只要不放弃，在最 困难的时候坚持下去，那么所有的事情都能迎刃而解。开头是重要 的，只有做好了，才能有好的结果。学了一个学期的数字逻辑课程，直到这次课程设计时，才 发现，原来自己掌握的知识那么有限，能够运用到实际中的知识更是 少之又少。平时，我们都只是学习原理知识，但是没有进行实践。许 多知识学了就忘，很难将他们长期的保存在脑海中。所以说，实践是 检验真理的唯一标准一切事物，对与不对，都需要通过实践来证明。 同时，实践还是真正掌握知识、掌握技能的重要途径，一切的成就都 来源于实践，空想是行不通的
15、。（三）实习建议课本知识固然重要，但是实践环节也是比不可少的，希望平时 能够多提供一些实践动手环节，拓展我们多方面的思维。六.附录1. 数字电路与逻辑设计宁帆、张玉艳 人民邮电出版社2. 数字系统逻辑设计 欧阳星明、唐九飞、孙百勇编著电子工艺出版社3. 数字逻辑实用教程王玉龙编著清华大学出版社4. 数字电子技术基础实验教程张秀娟、薛庆军著北京航空航天大学出版社5. 现代数字电路与逻辑设计朱定华、饶志强、吴建新著北京交通大学出版社二.实验器材清单实验箱一台双向移位寄存器74LS194 2片计数器74LS1924片74LS161、74LS32、74LS04 各 1 片74LS484 片震荡芯片5551片51K、36K、3K电阻器各一个10UF、0.01UF电容器各一个LED 4 个CP
