交通灯控制逻辑电路实验报告.docx

交通灯掌握规律电路试验报告10福州大学阳光学院题目：交通灯规律掌握电路设计系别：电子信息工程系班级：2023 级通信二班学号：241199196姓名：蒋联水 指导教师：杨 XX名目1、设计的目的及任务 (1)1.1 设计的目的 (1)1.2 设计的任务和要求 (1)1.3 扩展的要求 (2)2、电路设计总方案及原理框图 (2)2.1 电路设计总方案 (2)2.2 原理框图 (3)2.3 内容摘要 (3)3、各单元电路的工作原理 (3)3.1 秒脉冲产生电路 (3)3.2 倒计时计数器以及显示电路的设计 (6)3.2.1 倒计时电路 (6)3.2.2 显示电路 (7)3.3 信号灯的转换方法 (8)3.3.1 四分频电路 (8)3.3.2 信号灯的转换电路 (9)3.4 倒计时计数器与信号灯转换器的连接 (10)3.5 白天夜间模式切换的设计 (10)3.6 模拟汽车行驶电路设计 (11) 4、总设计电路图 (11)5、电路的安装及调试 (12)6、试验结果检验 (12)7、总结及心得体会 (13)参考文献 (14)附录 1 器件明细表 (14)1、设计的目的及任务1.1 设计的目的这次的数字电路课程设计主要综合了解与运用所学的学问，通过这次课程设计来检查 20232023 上半期的学习状况。通过制作来了解交通灯掌握系统，了解 555 多谐振荡器、D 触发器、移位存放器、加减法计数器、译码器、数码管以及各种门电路芯片的作用等。交通灯掌握系统主要是实现城市穿插路口红绿灯的掌握。在现代化的大城市中， 十字穿插路口越来越多，在每一个穿插路口都需要有一个准确的时间间隔和转换挨次，这就需要一个安全、自动的系统对红、黄、绿的转化进展治理。本次的设计就是基于此目的进展的。1.2 设计的任务和要求（1） 、满足图 1-1 挨次工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为 NSR 、 NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。它们的工作方式有些必需是并行进展的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄红灯亮。（2） 、应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图 1-2 所示。图 2 中，假设每个单位时间为 4 秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别20 秒、4 秒、24 秒，一次循环为 48 秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和。图 1-1、交通灯挨次工作流程图图 1-2 交通灯时序工作流程图（3） 、十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减 1 计数方式方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环完毕，进入下一步某方向地工作循环。例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为 18，并使数显计数器开头减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮时，数显的值应为 3，当减到“0”，时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮， 并置东西方向的数显为 18。1.3 扩展的要求（1） 灯的转换可以手动调整，夜间为黄灯闪耀。（2） 用LED 发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯时，移位发光二极管就停顿，而过了十字路口的移位发光二极管连续向前移动；红灯亮时， 则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的 LED 发光二极管就开头移位表示这一方向的车辆行驶。2、电路设计总方案及原理框图2.1 电路设计总方案为了确保十字路口的车辆顺当、畅通地通过，往往都承受自动掌握信号灯来进展指挥。其中红灯R 亮，表示该条道路制止通行；黄灯Y 亮表示停车；绿灯G 亮表示允许通行。交通灯掌握电路的系1 23 4 5 6 7 8 9 10 11 12 123456NSGt统框图如图 2-1 所示：图 2-1 交通灯掌握器系统框图2.2 原理框图2.3 内容摘要通过分析交通灯掌握系统的要求可知，整个系统主要由秒脉冲信号发生器、触发器、存放器、计数器、译码器、数码管以及各种门电路构成。其中，由555 定时器秒脉冲信号发生器；计数器由四片异步置数计数器 74LS192 芯片组成、显示局部用数码管构成；由两个都 D 触发器构成四分频以掌握信号灯的工作，同时置数局部为信号灯供给状态转换信号。主掌握器和定时计数器均使用秒脉冲信号。掌握电路是系统的主要局部，由它掌握定时计数电路和信号灯电路的工作能够实现交通灯四种状态的自动转换。3、各单元电路的工作原理3.1 秒脉冲产生电路方案一：由于黄灯点亮时按秒闪动以准时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器 555 和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简洁和调整振荡周期便利，选择用555 定时器组成多谐振荡器。振荡周期与频率的计算公式为： T=(R1+2R2)Cln2=0.7(R1+2R2)C, 电源电压为Vcc=12V，其中电路图中 C1 的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响，课程设计中要求输出 T=1S，选取电容为C=10nF，R1=28.86M，依据振荡周期计算，选择电阻 R2=57.72M。电路如图 3-1 所示：图 3-1 多谐振荡器产生秒脉冲电路由此电路就可以产生脉冲频率为 1 赫兹的脉冲。方案二：用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器,如图 3-2。先用石英晶体振荡器和假设干电阻电容组成频率为 32768Hz 的信号发生器，再用十四位二进制计数器 CD4060 14 进展 14 分频使其成为 2Hz 的信号，最终用 D 触发器进展 2 分频，使其成为频率为 1Hz 的秒脉冲信号。图 3-2 石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器方案选择：本设计中由于用秒脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度会影响计数器的精度， 进而影响掌握系统的精度，因此要求秒脉冲信号具有比较高的精度，为提高精度 可先做一个频率比较高的矩形波振荡器，然后将其输出信号分频，就可以得到频 率较低而精度比较高的脉冲信号发生器。用石英晶体构成秒脉冲信号发生器不需 要外加输入信号，而且其脉冲频率很稳定，起振快、时基精度高，它的工作频率仅打算于石英晶体的振荡频率，而与电路中的 R、C 的数值无关。综上考虑，在实际应用中秒脉冲信号发生器的设计选用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器。但由于本次设计是要求精度不是很高，所以选择简洁， 便利使用 555 定时器构成的秒脉冲触发器代替。在仿真精度不高的前提下，也可以使用 RC 多谐振荡器构成的电路来供给秒脉冲。3.2 倒计时计数器以及显示电路的设计3.2.1 倒计时电路：十字路口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们直观的把握时间。具体的工作方式为：当某方向绿灯亮时，时间显示器为某值，然后以每秒减 1 的计数方式工作，直至减到 4 或 0 时，十字路口的红绿灯变换，一次工作完毕后进入下一步某方向的工作循环。计数器承受 74ls192 进展设计比较简便。它是双时钟方式的十进制同步加减法可逆计数器，.具有异步并行置数的功能。功能表如图 3-3 所示：表 3-3 74LS192 的功能表74LS192 具有下述功能：（1） 、CPU 为加计数时钟输入端，CPD 为减计数时钟输入端。（2） 、LD 为预置输入掌握端，异步预置。（3） 、CR 为复位输入端，高电平有效，异步去除。（4） 、CO 为进位输出：1001 状态后负脉冲输出，（5） 、BO 为借位输出：0000 状态后负脉冲输出。利用集成计数器芯片可便利地构成任意N进制计数器。由于本设计要求以减数状态计数，所以将 UP 端接在高电平上，使计数器工作在减法状态，由于要计数的数字从 24 开头，所以要预置数为 24。3.2.2 显示电路：显示局部用七段数码管，将 74ls192 二进制输出经过 CD4511 译码器译码成数码管上。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极 LED数码管显示器的 BCD 码七段码译码器。具有 BCD 转换、消隐和锁存掌握、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能供给较大的拉电流。可直接驱动共阴 LED 数码管。其引脚功能如图 3-4 所示以及真值表如图 3-5 所示图 3-4 CD4511 引脚图A0A3：二进制数据输入端/BI：输出消隐掌握端LE：数据锁定掌握端 v /LT：灯测试短YaYg：数据输出端 VDD：电源正VSS：电源负图 3-5 CD4511 的真值表因此显示的电路图设计如图 3-6 所示：图 3-6 计数器数字显示电路图3.3 信号灯的转换方法信号灯的转换方式由两个D 触发器和一个74ls163 移位存放器以及与门和非门规律电路连接而得到。3.3.1 四分频电路：在电子技术中，N/2(N 为奇数)分频电路有着重要的应用，对一个特定的输入频率，要经 N/2 分频后才能得到所需要的输出，这就要求电路具有 N/2 的非整数倍的分频功能。CD4013 是双 D 触发器，在以CD4013 为主组成的假设干个二分频电路的根底上，加上异或门等反响掌握，即可很便利地组成N/2 分频电路。D 触发器的功能表如表 3-7 所示：图 3-7 D 触发器的功能表用 CD4013 双 D 触发器做的脉冲 4 分频器如图 3-8 所示：图 3-8 四分频电路3.3.2 信号灯的之间的转换电路信号灯的转换方法承受 74LS164 移位存放器进展较简便的设计。74ls164 是一个串入并出的 8 位移位存放器，其引脚图如图 3-9 和功能表图 3-10图 3-9 74ls164 引脚图 图 3-10 功能表依据以上功能，选用数据选择器 74LS163 来实现当 Q4=0，Q5=0 时，经过 4t 南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；当 Q4=1，Q5=0 时，南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；当 Q4=1，Q5=1 时，南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；当 Q4=0，Q5=1 时，南北方向红灯亮，东西方向黄红灯亮。其信号转换如图 3-11 所示：图 3-11 信号的转换电路3.4 倒计时计数器与信号灯转换器的连接倒计时计数器向信号灯转换供给的定时信号由 74LS164 的 Q5 端来实现信号灯的转换。当 Q5=0 时，此时是南北信号倒计时，当南北黄灯亮时，预西北置数为 24； 当 Q5=1 时，通过74ls04 非门，此时是东西信号倒计时，当西北黄灯亮时，预南北置数为 24,此时给信号灯转换器一个脉冲，是信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。其电路如图 3-12 所示图 3-12 倒计时计数器与信号灯转换器的连接3.5 白天夜间模式切换的设计为了使试验在一次课设时间内完成，本设计中白天与夜间的转换开关为手动开关， 在实际应用中可以设计自动转换开关。作为白天与夜间的自动转换开关。这样当 天黑以后经一段延时，系统自动转成夜间工作方式。其次每天亮后经一段延时， 系统自动转换成白天工作方式。在本次课程设计中选择使用手动切换白天与夜晚 模式的选择。当晚上工作时只有两个黄灯工作且处于闪耀状态，所以电路中将高电平信号与秒 脉冲信号相与之后给黄灯，而绿灯和红灯接收到的始终为低电平信号所以不工作。本次的设计简洁，通过双掌握开关，一边通过接地与门志零，将全部的指示灯先熄灭，另一边通过接脉冲开关，将脉冲直接送给两个黄灯。实现夜间与白天的转换。其电路如图 3-13 所示：图 3-13 手动掌握局部-全文完-