1、 數字電子技術課程設計簡易交通燈控制邏輯電路設計專業班級:09自動化一班 時間: 姓名: 指導教師: :郭計云大同大學電氣工程系 目 錄一、 課程題目.2二、 設計要求.2三、 系統框圖及說明.2四、 單元電路設計.4五、 仿真過程與效果分析 .12六、 體會總結.13七、 參考文獻13一課程設計題目： 交通燈控制電路設計 二設計要求： 1、設計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向（主干道）車道和東西方向（支 干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設為30秒、支干道每次通行時間為20秒，時間可設置修改。 2、在綠燈轉為紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道；

2、3、黃燈亮時，要求每秒閃亮一次。 4、東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進行顯示（采用計時的方法）。 5、同步設置人行橫道紅、綠燈指示。 三系統框圖及說明： 1、分析系統的邏輯功能，畫出其框圖 交通燈控制系統的原理框圖如圖 1-1 所示。它主要由計時電路、主控電路、信號 燈轉換器和脈沖信號發生器組成。脈沖信號發生器用的是 555 定時器；計時計數器是 由74LS160 來完成、輸出四組驅動信號T0 和T3 經信號燈轉換器(4 片7448)來控制信 號燈工作，主控電路是系統的主要部分，由它控制信號燈轉換器的工作。 （ 圖1-1） 2、信號燈轉換器 狀態與車

3、道運行狀態如下： S0：支干道車道的綠燈亮，車道通行，人行道禁止通行；主干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行 S1：支干道車道的黃燈亮，車道緩行，人行道禁止通行；主干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行 S2：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行；主干道車道的綠燈亮，車道通行，人行道禁止通行 S3：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行；主干道車道的黃燈亮，車道緩行, 人行道禁止通行 G1=1：主干道綠燈亮 Y1=1：主干道車道黃燈亮 R1=1：主干道車道紅燈亮，人行道綠燈亮；南北方向人行道紅燈亮 G2=1：支干道車道綠燈亮 Y2=1：支干道車道黃燈亮 R2=1：支干道

4、車道紅燈亮，人行道綠燈亮；東西方向人行道紅燈亮 四單元電路設計 1主控電路： 1).原理： 通過一片 74LS160，選擇其 4 個狀態、分別為(00 01 10 11)分別表示主綠支紅、主黃支紅、主紅支綠、主紅支00->(30 秒)01->(5 秒)10->(20 秒)11（5 秒）循環圖。中間延時通過計時電路來實現。 2).原器件的選擇及參數： 若選集成計數器74160，74160 是一個具有同步清零、同步置數、可保持狀態不變的4 位二進制加法計數器。表1-1 是它的狀態表。 表1-1 74160 的狀態表 CLR LOAD ENP ENT CLK A B D C QA

5、QB OC OD 0 X X X X X X X X 0 0 0 0 1 0 0 0 POS X X X X A B C D 1 1 1 1 POS X X X X Count 1 1 1 X X X X X X QA0 QB0 QC0 QD0 1 1 X 1 X X X X X QA0 QB0 QC0 QD0 設狀態編碼為：S0=0000 S1=0001 S2=0010 S3=0011，則其狀態表為： 表1-2 狀態編碼與信號燈關系表 Qd Qc Qb Qa G1 Y1 R1 G2 Y2 R2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0

6、 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 態的相應控制來分別實現30 秒、5 秒、25 秒。通過7448（2 片）譯碼器和數碼管的連接的連接實現幾個燈時間的顯示。 2).原器件的選擇及參數： 若選集成計數器74160（2片），采用同步整體置數。譯碼器7448（2片）、7段 數碼管（2個）等。 表1-3 7447 狀態表 Inputs Outputs No. LT RBI D C B A BI/RBO | a b c d e f g -|-|-|-|-|- 0 | 1 | 1 | 0 0 0 0 | 1 | 1 1 1 1 1 1 0 1 | 1 | X | 0 0 0 1

7、| 1 | 0 1 1 0 0 0 0 2 | 1 | X | 0 0 1 0 | 1 | 1 1 0 1 1 0 1 3 | 1 | X | 0 0 1 1 | 1 | 1 1 1 1 0 0 1 -|-|-|-|-|- 4 | 1 | X | 0 1 0 0 | 1 | 0 1 1 0 0 1 1 5 | 1 | X | 0 1 0 1 | 1 | 1 0 1 1 0 1 1 6 | 1 | X | 0 1 1 0 | 1 | 0 0 1 1 1 1 0 7 | 1 | X | 0 1 1 1 | 1 | 1 1 1 0 0 0 0 -|-|-|-|-|- 8 | 1 | X | 1 0

8、0 0 | 1 | 1 1 1 1 1 1 1 9 | 1 | X | 1 0 0 1 | 1 | 1 1 1 0 0 1 1 表 1-4 狀態編碼與時間關系表 開關(s) A B C 時間（T） 1 1 0 0 5 2 0 1 0 25 3 0 0 1 30 3）電路接法如下： 3.支干道計時電路 1)原理： 通過 74LS160(2 片) 采用串行同步整體置數級連和下一個狀態的相應控制來 分別實現30秒、5秒、25秒。通過7448（2片）譯碼器 和數碼管的連接的連接實現幾個燈時間的顯示。 2).原器件的選擇及參數： 若選集成計數器 74160（2 片），采用同步整體置數。譯碼器 7448（

9、2 片）、7 段數碼管（2個）等。基本上與主干道計時電路一樣。 表 1-5 狀態編碼與時間關系表 開關(s) A B C 時間（T） 1 1 0 0 35 2 0 1 0 20 3 0 0 1 5 計數器選用集成電路74190 進行設計較簡便。74190 是十進制同步可逆計數器，它具有異步并行置數功能、保持功能。74190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA、QB、QC、QD 的輸出數據間接實現清零功能。 表 1-4 74190 的狀態表 CTEN D/U CLK LOAD A B C D QA QB QC QD 0 X X 0 X X X X A B C D 0 1 POS 1 X X X

10、X Count Down 0 0 POS 1 X X X X Count Up 1 X X X X X X X Qa0 Qb0 Qc0 Qd0 圖1-5 現選用兩個 74190 芯片級聯成一個從 99 倒計到 00 的計數器，其中作為個位數的74190 芯片的CLK 接秒脈沖發生器（頻率 為 1），再把個位數 74190 芯片輸出端的QA、QD 用一個與門連起來，再接在十位數 74190 芯片的CLK 端。當個位數減到0時，再減1 就會變成9， 0（0000）和9（1001）之間的 QA、QD 同時由 0 變為1，把QA、QD 與起來接在十位數的CLK 端，此時會給十位數 74190 芯片一個

11、脈沖數字減1，相當于借位。具體連接方法如圖 1-5所示。 信號 LD 由兩個芯片的8 個輸出端用或門連起來，決定倒計時是置數，還是計數工作開始時，LD為0，計數器預置數，置完數后，LD 變為 1，計數器開始倒計時。當倒計時減到數00 時,LD 又變為 0，計數器又預置數，之后又倒計時，如此循環下去。 圖 1-6 預置數（即車的通行時間）功能：如圖 1-6所示，個開關分別接十位數 74190 芯片的D、C、B、A 端和個位數 74190 芯片的D、C、B、A 端。預置數的范圍為698。假如把通行時間設為45 秒，就像圖-5的接法，A 接 0，B 接 1，C 接 0，D 接 0，E 接 0，F 接

12、 1，G 接 0，H 接 1。（接電源相當于接 1，懸空相當于接 ） 圖 1-7 向譯碼器提供模5 的定時信號T5 和模0 的定時信號T0,它表示倒計時減到數“00”（也即綠燈的預置時間，因為到00時，計數器重新置數），T =1，此時T 給譯碼器一個脈沖號燈發生轉換，一個方向的綠燈亮，另一個方向的紅燈亮。接法 為：把兩個74190 計數器的8 個輸出端用一個或非門連起來。T 表示倒計時減到數“05”時。T =1，此時T 給譯碼器一個脈沖，使信號燈發生轉換，綠燈的變為黃燈，紅燈的不變。接法為：當減到數為“05”（0000 0101）時，把十位計數器的輸出端QA.QB、QC、QD連同個位計數器的輸

13、出端QB、QD用一個或非門連起來，再把這個或非門與個位計數器的輸出端QA、QC用一個與門連接起來。具體連接方法如圖1-7 所示。 4、黃燈閃爍控制 要求黃燈每秒閃一次，即黃燈0.5 秒亮，0.5 秒滅，故用一個頻率為2 的脈沖與控制黃燈的輸出信號用一個與門連進來，再接黃燈。 圖 1-8 五 仿真過程與效果分析 1、根據題目的要求，整個交通燈控制系統需要有4 個時間顯示器，10 個交通燈。但由于 4 個時間顯示器是由同一個倒計時計數器控制，所以我在設計圖 1-8 電路的過程中，為了簡化電路使畫圖看起來更加清晰，就只接了1 個時間顯示器。 另外由于人行道的紅綠燈跟車道的紅綠燈是同步的，分別是：東西

14、方向人行道的綠燈接車道的紅燈，紅燈接南北方向車道的紅燈；南北方向人行道的綠燈接車道的紅燈，紅燈接車道的紅燈。所以在圖1-8 電路中就只接了6 個燈。 2、為了使電路更加直觀，我把計數器、信號燈燈轉換器等放在一個名為main 的子電路中。然后再在子電路外面接輸入端和輸出端。 3、點擊啟動按鈕，然后再打開總開關，便可以進行交通燈控制系統的仿真，電路默認把通車時間設為45 秒，打開總開關，東西方向車道的綠燈亮，人行道的紅燈亮；南北方向車道的紅燈亮，人行道的綠燈亮。時間顯示器從預置的 45 秒，以每秒減 1，減到數 5 時，東西方向車道的綠燈轉換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，其余燈都不變。減到數 1 時

15、，1 秒后顯示器又轉換成預置的45 秒，東西方向車道的黃燈轉換為紅燈，人行道的紅燈轉換為 綠燈；南北方向車道的紅燈轉換為綠燈，人行道的綠燈轉換為紅東西方向燈。如此循環下去。 4、修改通車時間為其它的值再進行仿真（時間范圍為698 秒），效果同3 一樣，總開關一打開，東西方向車道的綠燈亮，時間倒計數 5，車燈進行一次轉換，到0 秒時又進行轉換，而且時間重 置為預置的數值，如此循環。 六體會總結 1、通過這次課程設計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。 在整個設計過程中，我總共想過兩個方案，另一個方案弄了兩天，結果總是實現不了題目的要求。所以我又花了一天的時間做出這個方案，這個相對另一個方案比較簡單，包括電路原理和連接，和芯片上的選擇。這個方案總共只用了四個芯片，分別為 2 個74190 計數器，2個 JK觸發器。 2、在設計過程，經常會遇到這樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現不了。所以這幾天不管是吃飯還是睡覺，腦子里總是想著如何解決這些