簡易交通燈控制邏輯電路設(shè)計報告

1、簡易交通燈控制邏輯電路設(shè)計報告目錄一、 設(shè)計任務(wù)和要求 2二、 設(shè)計目的 2三、 設(shè)計方案選擇 2四、 單元電路的選擇設(shè)計 51.秒脈沖電路的選擇設(shè)計 5 2.計時器電路的選擇設(shè)計 7 3.狀態(tài)控制器電路的選擇設(shè)計 8 4.時鐘、狀態(tài)控制判斷系統(tǒng)電路的選擇設(shè)計 10 5.狀態(tài)翻譯電路的選擇設(shè)計 13 6.輸出調(diào)整電路的選擇設(shè)計 14 7.緊急開關(guān)設(shè)計 15 8.信號燈系統(tǒng)電路設(shè)計 16五、系統(tǒng)的調(diào)試與仿真 16 1.調(diào)試軟件 16 2.仿真電路的聯(lián)成 16 3.電路的調(diào)試 18六、心得體會 21七、元件列表 22八、參考書 23一、 設(shè)計任務(wù)和要求設(shè)計一個簡易交通燈控制邏輯電路，要求：1、 東

2、西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s。2、 東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s。3、 南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間10s。4、 如果發(fā)生緊急事件，可以動手控制四個方向紅燈全亮。二、 設(shè)計目的1、 進一步熟悉和掌握數(shù)字電子電路的設(shè)計方法和步驟2、 進一步將理論和實踐相結(jié)合3、 熟悉和掌握仿真軟件的應(yīng)用三、設(shè)計方案選擇任務(wù)要求實際上就是4個狀態(tài)，不妨設(shè)：S1：東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s；S2：東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s；S3：南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l0s；S4：如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮?！颈?】主電路狀態(tài)與指示燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換主電路

3、狀態(tài)東西方向綠燈G1南北方向紅燈R2黃燈Y東西方向紅燈R1南北方向綠燈G2S111000S200100S300011S410010 主電路要實現(xiàn)S1S2S3狀態(tài)的循環(huán)轉(zhuǎn)換，而且可以在任何一個狀態(tài)進入S4，并能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。S1=15s；S2=5s；S3=10s。方案一、S1-S3使用2個SR鎖存器，設(shè)置00，01，10三個狀態(tài)。、S4使用觸發(fā)器，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況，觸發(fā)器由“0”進入S4狀態(tài)“1”后，在解除緊急時，恢復(fù)“0”，進入S1狀態(tài)。、使用4個JK觸發(fā)器，實現(xiàn)16位計數(shù)。方案二、S1-S3使用2個7473替代的T觸發(fā)器。JK觸發(fā)器包含SR觸發(fā)器和T觸發(fā)器的功能，J=K=T，則得到T觸發(fā)器

4、。、S4使用或門、非門實現(xiàn)，從【表1】可知：G1=S3+S4R2=S1S4Y=S2S4R1=S3+S4G2=S3S4、使用74192同步可逆10進制計數(shù)器（8421碼）2個方案比較方案一、優(yōu)點：狀態(tài)轉(zhuǎn)換簡單； 解除緊急（S4）后指定回到S1； 缺點：電平觸發(fā)，與時鐘信號不匹配；方案二、優(yōu)點：下降脈沖觸發(fā)，與時鐘信號匹配； 容易處理，可顯示數(shù)值； 缺點：解除緊急（S4）后回到S1/S2/S3任一狀態(tài)，不固定；綜合考慮，為使電路簡化、運行穩(wěn)定，選用方案二。方案框圖秒脈沖器計時器判斷時鐘、狀態(tài)控制器狀態(tài)控制器狀態(tài)翻譯LED譯碼器緊急開關(guān)輸出調(diào)整電路信號燈系統(tǒng)譯碼顯示器1、計時器：使用上升時序，個位、

5、十位兩片74192。進位關(guān)聯(lián)使用個位TCU十位UP實現(xiàn)（Terminal Count Up (Carry) Line）。數(shù)據(jù)狀態(tài)通過判斷條件進入選擇器74S153。判斷條件成立后執(zhí)行清零。2、時序Sx控制：使用74LS73改裝的T觸發(fā)器2個，實現(xiàn)S1S2S3狀態(tài)的循環(huán)轉(zhuǎn)換。3、判斷時鐘、Sx：判斷74192和74LS73的狀態(tài)，滿足條件輸出74192的清零使能和74LS73的CLK信號。4、翻譯SxLED，翻譯S1、S2、S3對應(yīng)LED的5個狀態(tài)：5、輸出調(diào)整電路，令緊急電平開關(guān)控制LED的狀態(tài)。四、單元電路的選擇設(shè)計 1、秒脈沖電路的選擇設(shè)計秒脈沖可以由函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生，也可以由555定時

6、器組成多諧振蕩器產(chǎn)生。本實驗采用555定時器組成的多諧振蕩器，采用如圖所示的接法，引入了二極管D1和D2，電容的充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑，充電電流只流經(jīng)R1，放電電流只流經(jīng)R2，因此電容的充電時間變?yōu)門1=R1Cln2，放電時間變?yōu)門2=R2Cln2，故得脈沖的占空比為q=R1/(R1+R2)，若取R1=R2，則q=50%，相應(yīng)的周期變?yōu)門=（R1+R2）Cln2，取C=100uF。為了使輸出波形穩(wěn)定，取R1=R2=5.6K。秒脈沖電路原理圖：電路仿真圖：2、計時系統(tǒng)電路的選擇設(shè)計 計時系統(tǒng)包括由74192構(gòu)成的計數(shù)器和數(shù)字譯碼顯示器等，電路圖如圖計數(shù)器由兩片74192十進制計數(shù)器組成

7、兩位十進制加法計數(shù)器，控制個位數(shù)的74192接入脈沖輸入，進位輸出端接十位數(shù)的加計數(shù)輸入端。兩個芯片上的計數(shù)器輸入端都接地，清零端接緊急開關(guān)，當(dāng)緊急開關(guān)接地時，清零端輸入低電平，計數(shù)器正常工作，當(dāng)緊急開關(guān)接高電平時，計數(shù)器清零停止工作。74S153的1Y、2Y通過一個或門后接兩個74192的預(yù)置數(shù)端，數(shù)據(jù)狀態(tài)通過判斷條件進入選擇器74S153。判斷條件成立后執(zhí)行清零?？刂苽€位數(shù)的74192的QB、QC經(jīng)與門接入74S153的B輸入端，當(dāng)個位到達6時，輸出為“1”；控制十位數(shù)的74192的QA接74S153的1C2、2C1、2C3，當(dāng)十位到達1時，輸出為“1”。計數(shù)器的輸出端分別連接對應(yīng)數(shù)字譯碼

8、顯示器的輸入端。 74192功能表如下：3、狀態(tài)控制器電路的選擇設(shè)計狀態(tài)控制器是交通燈控制電路的核心，能夠控制交通燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。本設(shè)計需要循環(huán)的狀態(tài)一共是三個，分別是S1、S2、S3，采用74LS73，JK觸發(fā)器。用JK觸發(fā)器構(gòu)成T觸發(fā)器： 則有： 使2個T觸發(fā)器的4狀態(tài)循環(huán)變?yōu)?狀態(tài)循環(huán)，使用作系統(tǒng)狀態(tài)。由選擇器74153判斷。74LS7374LS73狀態(tài)持續(xù)時間S1001115SS201105SS3110010S狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：74LS73功能表如下：4、時鐘、狀態(tài)控制判斷系統(tǒng)電路的選擇設(shè)計 判斷系統(tǒng)由74S153數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成，電路原理圖如下： 數(shù)據(jù)選擇器輸出的邏輯式為： 1Y=1C0(

9、AB)+1C1(AB)+1C2(AB)+1C3(AB)1G; 2Y=2C0(AB)+2C1(AB)+2C2(AB)+2C3(AB)2G;由圖可知： 1C0=1C1=2C0=2C2=0; 1C2=2C1=2C3=QA(十位74192)； 1C3=1; B=QAQB（74S153）; A=Q0(JK0 74LS73); 1G、2G分別接Q1(JK1 74LS73)和Q1(JK1 74LS73)狀態(tài)Q174LS73Q074LS73S110011S21011XS3111X1輸入輸出74LS7392Q121Q74S1531474S153274S153174192(2)74S153G4狀態(tài)CECLRS10

10、00101S2011101輸入輸出74LS7392Q121Q74S1531474S1532741531574192(2)74S153G4狀態(tài)CECLRS311101 74S153功能表如下：5.狀態(tài)翻譯電路的選擇設(shè)計 狀態(tài)翻譯電路由74LS138（3-8線譯碼器）實現(xiàn)，電路圖如下：A=Q0(74LS73)B=Q1(74LS73)C接緊急開關(guān)74LS153321輸出LEDLEDLEDLEDLED74LS138G1R2YR1G2S100011S20011S301111S41001110111110111111174LS138功能表如下：6.輸出調(diào)整電路的選擇設(shè)計 由于74LS138輸出的是而不是，

11、另外需要實現(xiàn)正的邏輯，所以增加G6G1來調(diào)整線路。電路圖如下： 7.緊急開關(guān)設(shè)計緊急開關(guān)電路圖如下： 當(dāng)緊急開關(guān)接地電平時，74192計數(shù)器正常工作，74LS138譯碼器工作輸出為Y0、Y1、Y3，交通燈正常工作；當(dāng)緊急開關(guān)接高電平時，74192計數(shù)器停止工作，74LS138輸出不為Y0、Y1、Y3中的任意一個，所以黃、綠交通燈均不能工作，而紅交通燈直接接了緊急開關(guān)，所以紅交通燈全部亮起。8.信號燈系統(tǒng)電路設(shè)計 信號燈系統(tǒng)的電路圖如下：五、系統(tǒng)的調(diào)試與仿真1、調(diào)試軟件：采用Multisim10軟件進行仿真。2、仿真電路的聯(lián)成 仿真電路如下：3、電路的調(diào)試調(diào)試秒脈沖，將秒脈沖輸出接示波器，觀察輸

12、出波形，當(dāng)兩個電阻阻值為5.6K時，波形最穩(wěn)定。調(diào)試運行時，仿真軟件時間太長，難以看出結(jié)果，可以點擊菜單欄中Simulate/Interractive transient analysis，在彈出對話框中的Instrument Analysis區(qū)進行更改，將Maximum time step(TMAX)中的時間調(diào)整到0.0010.005之間比較合適。計數(shù)器測試時，首先是將個位數(shù)的QA、QC引出到74S153中，但運行時在個為顯示器到剛到達4計數(shù)器便立即清零只能顯示13,猜想原因可能是由于元件的延時造成的，所以改為將個位數(shù)的QB、QC引出到74S153，再運行結(jié)果稍稍有所改善可以短暫顯示4。緊急

13、開關(guān)最初的設(shè)計沒有連接計數(shù)器的清零端，計數(shù)器的清零端是接地的，但在緊急開關(guān)開啟時，計數(shù)器仍然在計數(shù)所以改為將緊急開關(guān)連接計數(shù)器的清零端，正常工作時，清零端輸入低電平，當(dāng)緊急開關(guān)開啟時，清零端輸入高電平，計數(shù)器工作在清零狀態(tài)。元件調(diào)整：雙擊原件即可調(diào)整原件參數(shù)。如果在運行狀態(tài)，這個操作會導(dǎo)致總電源的關(guān)閉。接線問題：當(dāng)且僅當(dāng)元件、結(jié)點不移動的情況下，連線不移動，新接連線會自動調(diào)整，可用鼠標移動到線上拖動，若線上出現(xiàn)小方框，說明線太密，不能移動。連線不能傾斜，全部橫向或豎向。當(dāng)?shù)谌c需要連接在線上是，可以從端點拖動到線上。EWB不允許出現(xiàn)懸空線，也不允許從導(dǎo)線開始延伸到端點。器件、結(jié)點圈選以后可以整

14、體移動。圈內(nèi)的器件、結(jié)點相對位置不會移動，導(dǎo)線兩端均在圈內(nèi)則不移動，導(dǎo)線兩端在圈外亦不移動。導(dǎo)線一端在圈內(nèi)，一端在圈外則會自動調(diào)整。仿真截圖如下：S1狀態(tài)，東西方向綠燈亮南北方向紅燈亮，時間為15秒；S2狀態(tài)，東南西北四個方向黃燈亮，時間為5秒；S3狀態(tài)，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮，時間為10秒；S4狀態(tài)，緊急狀態(tài)，東南西北四個方向紅燈全亮，計數(shù)器清零不顯示。六、心得體會 經(jīng)過兩周的努力終于完成了關(guān)于交通燈控制電路的電子課程設(shè)計，通過不斷的查資料讓我積累了許多實際操作經(jīng)驗，已初步掌握了數(shù)電的應(yīng)用技術(shù)。鞏固了數(shù)電課程知識，加深對基本器件、FF、時序電路、邏輯電路的理解。我深刻體會到數(shù)字電子技

15、術(shù)對當(dāng)今現(xiàn)代社會的重要作用。經(jīng)過這次設(shè)計，我學(xué)會了嚴密的思考，構(gòu)想及怎樣把計劃付諸于實際行動中。同時與社會的不斷高速發(fā)展的步伐相比，我認識到自己所學(xué)的知識和技能還遠遠不足，有些實際問題還不能解決，很多更好的設(shè)想也無法實現(xiàn)，缺少很多有實際運用價值的知識儲備，缺乏應(yīng)有的動手解決實際問題的能力，缺乏高效利用及篩選大量資料的能力，有待在今后的學(xué)習(xí)實踐中進一步提高。經(jīng)過這次課程設(shè)計，我更加認識到要學(xué)好自己的專業(yè)知識以適應(yīng)不斷發(fā)展的社會。七、元件列表元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量7419274LS192十進制、LOAD低電平有效274S15374LS1532組數(shù)據(jù)4選1選擇器使能端Ea、Eb低電平有效174LS7374LS73JKT，2個T觸發(fā)器174LS13874LS1383-8線譯碼器1G074LS00+74LS042輸入與門1G1、G274LS002輸入與非門1G3、G6、G7、G874LS042輸入非門1G4、G9、G1074LS02+74