數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)--簡(jiǎn)易交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目：簡(jiǎn)易交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)校： </b></p><p>　　學(xué)院：電子與信息工程學(xué)院</p><p><b>　　專業(yè)：通信工程</b></p><p>　　班級(jí)：13通信

2、（本1）班</p><p><b>　　學(xué)號(hào)：</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p>　　2015.07.05</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求............

3、......................................2</p><p>　　二、方案設(shè)計(jì)與論證...................................................2</p><p>　　方案一 ................................................................3</

4、p><p>　　方案二 ................................................................4</p><p>　　三、單元電路設(shè)計(jì).......................................................5</p><p>　　1．倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器...............

5、..................................5</p><p>　　2．黃燈控制電.....................................................6</p><p>　　3．信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路..............................................7</p><p>　

6、　4．交通燈顯示電路 ..................................................8</p><p>　　5．緊急開關(guān)................................................. . .....9</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單...............................

7、.........10</p><p>　　1．總原理圖........................................ ........... ....10</p><p>　　2．元器件清單........... ........... ........... ........... ......10</p><p>　　五、仿真調(diào)試與分析：..

8、.............................................11</p><p>　　六、結(jié)論與心得...........................................................15</p><p>　　七、參考文獻(xiàn).....................................................

9、..........15</p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 </p><p>　　1．東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時(shí)間15s。 2．東西方向與南北方向黃燈亮，時(shí)間5s。 3．南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間l0s。 4．如果發(fā)生緊急事件，可以手動(dòng)控制四個(gè)方向紅燈全亮。 </p><p>　　二、方案設(shè)計(jì)

10、與論證 </p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我們可以知道這個(gè)交通燈的設(shè)計(jì)是分主次干道的，兩個(gè)方面的時(shí)間是不同的，東西方向通行15s，南北方向10s，這就要求我們要有兩個(gè)計(jì)數(shù)器，根據(jù)我自己的經(jīng)驗(yàn)，東西方向通行15s完，倒計(jì)時(shí)數(shù)字顯示器會(huì)顯示到0，然后切換到南北方向通行10s完之后， 倒計(jì)時(shí)數(shù)字顯示器也會(huì)顯示到0之后然后切換到東西方向，這樣如此循環(huán)，這樣的話我們就要設(shè)計(jì)一個(gè)16進(jìn)制和一個(gè)11

11、進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，根據(jù)我們所學(xué)和知識(shí)，可以用兩片74192芯片來構(gòu)成對(duì)應(yīng)進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，由于是15和10之間循環(huán)切換，我們可以用利用JK觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能來實(shí)現(xiàn)兩種進(jìn)制計(jì)數(shù)器之間的切換；當(dāng)然還有每個(gè)方向倒計(jì)時(shí)只有5s時(shí)，黃燈閃，一直到0為止，由于黃燈是當(dāng)兩個(gè)計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到5時(shí)開始閃，我們就可以在這時(shí)發(fā)出一個(gè)脈沖然后一直保持到0，或者是接收0~5這段時(shí)間的脈沖都可以控黃燈只在到了這段時(shí)間才亮；還有就是一個(gè)緊急開關(guān)，我們可以控制在出現(xiàn)緊急情況時(shí)使用

12、清零端使之清零，并且紅燈直接接到電源，使之一直處于亮的狀態(tài)。</p><p><b>　　方案一： </b></p><p><b>　　交通燈控制原理圖：</b></p><p><b>　　1) 正常運(yùn)行時(shí) </b></p><p>　　首先倒

13、計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)，通過秒脈沖源給倒計(jì)數(shù)器發(fā)送秒脈沖，倒計(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，驅(qū)動(dòng)時(shí)間顯示器顯示，并且交通燈也正常運(yùn)行，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)器計(jì)到5s時(shí)，我們當(dāng)然同時(shí)可以在時(shí)間顯示器上看到，這時(shí)倒計(jì)時(shí)器驅(qū)動(dòng)黃燈控制器，使正在亮綠燈方向的黃燈閃爍，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)器計(jì)到0時(shí)，驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器，使倒計(jì)時(shí)器預(yù)置為另一個(gè)進(jìn)制，并同時(shí)控制和改變交通燈的顯示，其實(shí)就是計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器既可以完成進(jìn)制轉(zhuǎn)換，也同時(shí)充當(dāng)了交通燈的轉(zhuǎn)換功能。如此往復(fù)循環(huán)。 </p>

14、<p><b>　　2) 緊急情況時(shí) </b></p><p>　　當(dāng)按下緊急開關(guān)時(shí)，倒計(jì)時(shí)器一直處于清零狀態(tài)，車輛通行的交通燈四個(gè)方向的紅燈同時(shí)亮起。并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復(fù)正常時(shí)通過緊急開關(guān)可以切換哪個(gè)方向先通行。</p><p><b>　　方案二： </b></p><p>

15、;<b>　　交通燈控制原理圖：</b></p><p><b>　　1) 正常運(yùn)行時(shí) </b></p><p>　　由555定時(shí)器計(jì)時(shí)，驅(qū)動(dòng)交通燈選擇器控制交通燈的顯示，當(dāng)一個(gè)方向的計(jì)數(shù)完成之后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，給通道選擇器， 然后通道選擇器驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到另一個(gè)進(jìn)制，由計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器預(yù)置555定時(shí)器的定時(shí)時(shí)

16、間，然后再驅(qū)動(dòng)交通燈選擇器控制交通燈的顯示，如此往復(fù)，其中555定時(shí)器是由電阻和電容來控制定時(shí)時(shí)間，其中的計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器就可用一個(gè)數(shù)據(jù)分配器74138來選擇所需電阻的大小來控制，通道擇器就可用兩個(gè)JK觸發(fā)器構(gòu)成一個(gè)四進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，其中兩個(gè)輸出端就可以來作為計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器74138的輸入，并且這兩個(gè)輸出端還可作為交通燈選擇器74138的輸入。 </p><p><b>　　2) 緊急情

17、況時(shí) </b></p><p>　　當(dāng)按下緊急開關(guān)時(shí)，使交通燈選擇器的使能端為0，各個(gè)方向的紅燈直接接到電源，這樣可以使車輛通行的交通燈四個(gè)方向的紅燈同時(shí)亮起。 </p><p><b>　　選擇：  </b></p><p>　　通過這兩個(gè)方案的對(duì)比，由第二個(gè)方案用的是555定時(shí)器來計(jì)時(shí)，所

18、以無法顯示倒計(jì)時(shí)的時(shí)間， 并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復(fù)正常時(shí)也不能通過緊急開關(guān)切換哪個(gè)方向先通行。我覺得第一個(gè)方案更符合我們的實(shí)際要求，所以我選擇了第一個(gè)方案。 </p><p><b>　　三、單元電路設(shè)計(jì) </b></p><p><b>　　1．倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 </b></p><p&g

19、t;　　這里是采用兩片74192兩片芯片構(gòu)成16和11進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制個(gè)位數(shù)字的74192的減計(jì)數(shù)控制端接1HZ的脈沖輸入，其中輸入端A、C是接在一起并接在進(jìn)制控制器的輸出端。其中兩個(gè)74192的置數(shù)端是由控制十位數(shù)字的74192一個(gè)高位輸出端QD通過一個(gè)非門接過來的，并且低位輸入端A接高電平，控制十位數(shù)字的74192的減計(jì)數(shù)控制端接控制個(gè)位數(shù)字的74192的借位輸出端BO。兩個(gè)74192的清零端都接在緊急開關(guān)的一端。如下圖：</

20、p><p><b>　　2．黃燈控制電路 </b></p><p>　　這里是采用數(shù)據(jù)分配器74138，該芯片的輸入端A、B、C 分別接倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制個(gè)位數(shù)字的74192的輸出端QA、QB、QC，為了保證是在顯示器只是在顯示0~5s時(shí)黃燈亮，應(yīng)把此74138的使能端G1由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制十位數(shù)字的74192的輸出端QA與由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制

21、個(gè)位數(shù)字的74192的輸出端QD通過一個(gè)或門再經(jīng)過一個(gè)非門接過去。</p><p>　　然后6輸出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5都分別經(jīng)過一個(gè)非門然后都接入一個(gè)或門，那么或門的輸出端就是接黃燈的，也即黃燈控制器的輸出端。如下圖：</p><p>　　然后6輸出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5都分別經(jīng)過一個(gè)非門然后都接入一個(gè)或門，那么或門的輸出端就是接黃燈的，也即黃燈控制器的輸出端

22、。如下圖： </p><p>　　3．信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路（計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器） </p><p>　　信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器其實(shí)就是由計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，即一個(gè)JK觸發(fā)器，其中J、K端都同時(shí)接高電平，即構(gòu)成了一個(gè)T觸發(fā)器，目的就是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時(shí)鐘輸入端是由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的兩片74192的八個(gè)輸出端經(jīng)過一個(gè)或門然后經(jīng)過一個(gè)非門接入。如下圖：</p><p>　

23、　4．交通燈顯示電路 </p><p>　　一個(gè)方向的紅燈由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端~Q和一個(gè)緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個(gè)或門接入，黃燈是由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端Q和一個(gè)緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個(gè)非門以及一個(gè)黃燈控制電路的輸出端經(jīng)過一個(gè)1HZ的脈沖源，這三個(gè)輸出端再經(jīng)過一個(gè)與門接入，綠燈由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端Q和一個(gè)緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個(gè)非門，這兩個(gè)輸出端再經(jīng)過一個(gè)與門接入；另一個(gè)方向的紅燈由信

24、號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端Q和一個(gè)緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個(gè)或門接入，黃燈是由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端~Q和一個(gè)緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個(gè)非門以及一個(gè)黃燈控制電路的輸出端經(jīng)過一個(gè)1HZ的脈沖源，這三個(gè)輸出端再經(jīng)過一個(gè)與門接入，綠燈由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端~Q和一個(gè)緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個(gè)非門，這兩個(gè)輸出端再經(jīng)過一個(gè)與門接入。其中還加入一人行道的信號(hào)燈，這些燈的接</p><p>　　法就是紅燈接在相鄰車輛信號(hào)燈的

25、綠燈上，綠燈接在相鄰車輛信號(hào)燈的紅燈上即可，也就是該方向上的車輛通行，人行道就禁通行，反之，人行道通行。如下圖：</p><p><b>　　5．緊急開關(guān) </b></p><p>　　該開關(guān)這里用的是單刀雙擲開關(guān)，一端就是接入每個(gè)交通燈，直接接紅燈，其它燈是經(jīng)過了一個(gè)非門接入，該端還接入到倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器兩片74192的清零端。另一端是不起作用，其實(shí)也可以用一

26、個(gè)單刀單擲開關(guān)，該開關(guān)不僅能夠在發(fā)生緊急事件，可以手動(dòng)控制四個(gè)方向紅燈全亮。在處理完緊急事件后，第一次開始進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)還可以通過它控制切換選擇哪個(gè)方向開始先通行。</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單 </p><p><b>　　1．總原理圖 </b></p><p><b>　　2．元件清單<

27、;/b></p><p>　　五、仿真調(diào)試與分析： </p><p>　　1．在EWB軟件中打開設(shè)計(jì)好的仿真電路，點(diǎn)擊開啟運(yùn)行，剛開始是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮； </p><p>　　分析：由于倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中控制個(gè)位數(shù)字的74192的輸入輸入端A、C是同時(shí)接在計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器中的JK觸發(fā)器的正向輸出端Q，而在電路剛啟動(dòng)時(shí)JK觸發(fā)器的現(xiàn)

28、態(tài)為O，所以剛開始是11進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，控制的就是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。</p><p><b>　　效果如下圖：</b></p><p>　　2．5s過后數(shù)碼管顯示為05時(shí)，黃燈就開始閃爍，一直閃到數(shù)碼管顯示為00為止，其中紅綠燈狀態(tài)是不變的； </p><p>　　分析：當(dāng)數(shù)碼管顯示為05時(shí)，說明倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器已經(jīng)計(jì)數(shù)到了只

29、有5s的狀態(tài)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)黃燈控制電路，并不影響其他電路的工作，由于黃燈控制電路是由一個(gè)74138構(gòu)成的，該芯片的輸入端A、B、C 分別接倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制個(gè)位數(shù)字的74192的輸出端QA、QB、QC，為了保證是在顯示器只是在顯示0~5s時(shí)黃燈亮，應(yīng)把此74138的使能端G1由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制十位數(shù)字的74192的輸出端QA與由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制個(gè)位數(shù)字的74192的輸出端QD通過一個(gè)或門再經(jīng)過一個(gè)非門接過去，這樣就只有當(dāng)

30、QA為0，并且QD也為0時(shí)才開啟此塊芯片。由于74138的輸出端是低電平有效，所以6輸出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5都分別經(jīng)過一個(gè)非門然后都接入一個(gè)或門，那么或門的輸出端就是接黃燈的。</p><p><b>　　效果如下圖</b></p><p>　　3．然后切換到東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，10s過后開始黃燈閃爍，，一直閃到數(shù)碼管顯示為00為止，其中紅

31、綠燈狀態(tài)是不變的； </p><p>　　分析：當(dāng)11進(jìn)制倒計(jì)數(shù)完成之后，到數(shù)碼管顯示為00時(shí)，就馬上驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器也即信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路，因?yàn)樗褪且粋€(gè)下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器構(gòu)成的，其中J、K端都同時(shí)接高電平，即構(gòu)成了一個(gè)T觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時(shí)鐘輸入端是由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的兩片74192的八個(gè)輸出端經(jīng)過一個(gè)或門然后經(jīng)過一個(gè)非門接入，在不需要翻轉(zhuǎn)的時(shí)間段里，時(shí)鐘輸入端一直輸入的是低電平，一旦當(dāng)11(

32、15)進(jìn)制倒計(jì)數(shù)到00時(shí)，會(huì)使得時(shí)鐘輸入端輸入1，從0－>1，即產(chǎn)生了一個(gè)下降沿，使JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，使得次態(tài)為1，由以上單元電路設(shè)計(jì)中的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器可知，此時(shí)控制個(gè)位數(shù)字的74192的輸入端A、C都為1，則此時(shí)個(gè)位的二進(jìn)制編碼是0101即十進(jìn)制的5，并且同時(shí)置數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)制轉(zhuǎn)換，并且在轉(zhuǎn)換的同時(shí)，由交通燈顯示電路的輸入端可知同時(shí)也轉(zhuǎn)換了交通燈的顯示；效果如圖11。 </p><p>　　4．

33、在任何時(shí)候都可以按下緊急開關(guān)，一旦按下緊急開關(guān)，四個(gè)方向的交通燈只有紅燈全亮，并且同時(shí)數(shù)碼顯示管都顯示為00，當(dāng)需要恢復(fù)正常通行就可以彈開緊急開關(guān)，就一切顯示都會(huì)恢復(fù)正常，并且我們可以注意到，在按下緊急開關(guān)時(shí)如果是東西方向通行的話，彈開緊急開關(guān)后，是首先恢復(fù)南北方向通行，反之，是首先恢復(fù)東西方向通行； </p><p>　　分析：由以上單元電路設(shè)計(jì)中緊急開關(guān)交通燈顯示電路的設(shè)計(jì)可知，當(dāng)按下緊急開關(guān)倒計(jì)時(shí)

34、計(jì)數(shù)器一直處于清零狀態(tài)，所以顯示00；并且緊急開關(guān)的有效端就是直接接到了紅燈，其它燈是通過了一個(gè)非門才接入，所以只有紅燈亮；由于在按下緊急開關(guān)時(shí)， </p><p>　　信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路也即計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器中的JK觸發(fā)器保持了按下緊急開關(guān)之前的次態(tài)，當(dāng)彈開緊急開關(guān)時(shí)，由于倒計(jì)時(shí)器是處于00狀態(tài)，這時(shí)就會(huì)給計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器一個(gè)下降沿，使得JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，如果原來是1，現(xiàn)在就是0，反之，現(xiàn)在就為1， 

35、;這樣就可以通過緊急開關(guān)來控制恢復(fù)通行的第一次是哪個(gè)方向首先通行。 </p><p><b>　　效果如下圖：</b></p><p><b>　　六、結(jié)論與心得 </b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)誠(chéng)然給了我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思

36、，給了我莫大的空間。至于建議，一言以蔽之，大學(xué)教育當(dāng)如此。 </p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]高吉祥。 數(shù)字電子技術(shù)。 北京：電子工業(yè)出版社 </p><p>　　[2]梁宗善。 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M]。 武漢：華中理工大學(xué)出