简易交通灯控制的设计
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1 沈阳航空航天大学
课 程 设 计 任 务 书
课 程 名 称 电子线路课程设计
课程设计题目 简易交通灯控制的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
设计一个简易交通灯控制逻辑电路，要求：
1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间25s。
2、东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。
3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间15s。
4、如果发生紧急事件，可以动手控制四个方向红灯全亮。
二、设计要求
1. 在选择器件时，应考虑成本。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1.童诗白，华成英主编，模拟电子技术基础，高等教育出版社2006
2.闫石，数字电子技术基础（第五版）出版社，高等教育出版社2005
3.陈孝彬，555集成电路实用电路集，高等教育出版社2002-8
4.王刚，TTL集成电路应用，机械工业出版社，2000-10
五、按照要求撰写课程设计报告
2 成绩评定表：
序号 评定项目 评分成绩
1 设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）
2 设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）
3 态度认真，遵守纪律（15分）
4 设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）
5 答辩（30分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年 月 日 3
一．方案设计
根据任务要求，不妨设：
S1：东西方向通行时间25s；
S2：东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s；
S3：南北方向通行时间l5s；
S4：如果发生紧急事件。
表1 主电路状态与指示灯状态转换表
主电路
状态 东西方向绿灯G1 南北方向红灯R2 黄灯
Y 东西方向红灯R1 南北方向绿灯G2
S1 1 1 0 0 0
S2 0 0 1 0 0
S3 0 0 0 1 1
S4 1 0 0 1 0
主电路要实现S1→S2→S3状态的循环转换，而且可以在任何一个状态进入S4，并能恢复正常工作状态。S1=25s；S2=5s；S3=15s。
基本方案如下
①、S1-S3使用1个74ls112的双JK触发器触发器。当双JK触发器的JK端都接高电平时，实现T触发器的翻转功能
②、S4使用或门、非门实现，从表1可知：
G1=S3+S4
R2=S1·~S4
Y=S2·~S4
R1=S3+S4
G2=S3·~S4
③、使用异步置数的十进制计数器74192并配有共阴极8421码的数码管实现。 4
图1 整体方案框图
1、计时器：使用上升时序，个位、十位两片74192。进位关联使用个位TCU＝十位UP实现数据状态通过判断条件进入选择器74S153。判断条件成立后执行清零。
2、时序Sx控制：使用74LS112改装的T触发器2个，实现S1→S2→S3状态的循环转换。
3、判断时钟、Sx：判断74192和74LS112的状态，满足条件输出74192的清零使能和74LS112的CLK信号。
4、翻译Sx－LED，翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态：
5、输出调整电路，令紧急电平开关控制LED的状态。
二．单元电路的设计：
1、秒脉冲电路的选择设计
本实验采用555定时器组成的多谐振荡器，如图2所示，电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经R1，放电电流只流经R2，因此电容的充电时间变为T1=(R1+R2)C1ln2，放电时间变为T2=R2Cln2,故电路的振荡周期为T=（R1+2R2)Cln2。通过改变R1，R2，C1的值，可改变振荡周期的大小。
秒脉冲计时器
判断时钟、状态控制器 状态控制器 状态翻译—LED
译码器 紧急开关
输出调整电路
信号灯系统 译码显示器 5
图2 555电路原理图
2、计时系统电路的选择设计
计时系统主要由两片异步置数的74192计数器和四输入8421码的数码管构成，计数器由两片74192十进制计数器组成两位十进制加法计数器，控制个位数的74192接入脉冲输入，进位输出端接十位数的加计数输入端。两个芯片上的计数器输入端都接地，清零端接紧急开关，当紧急开关接地时，清零端输入低电平，计数器正常工作，当紧急开关接高电平时，计数器清零停止工作。74S153的1Y、2Y通过一个或门后接两个74192的预置数端，数据状态通过判断条件进入选择器74S153。判断条件成立后执行清零。控制个位数的74192的QB、QC经与门接入74S153的B输入端，当个位到达6时，输出为“1”；控制十位数的74192的QA接74S153的1C2、2C1、2C3，当十位到达1时，输出为“1”。计数器的输出端分别连接对应数字译码显示器的输入端。电路如图3所示
6 图3 计时系统电路图
3、状态转换电路的选择设计
状态控制器是交通灯控制电路的核心，直接影响红黄绿三灯的转换。本设计需要循环的状态一共是三个，分别是S1、S2、S3，由于双JK的74LS112少见，故采用两片74LS73来构成JK触发器，当J和K都接高电平时，相当于T触发器，当时钟信号为高电平时实现状态翻转低电平保持不变。之后将转换的信号状态送给译码器进行状态翻译，转换电路如图4所示：
图4 状态转换电路图
用双JK触发器构成的T触发器，它的现态及次态输出即：
011110000QTJKQQTJK 则有： 1011100**QQQQQQQ
使2个T触发器的4状态循环变为3状态循环，使用1Q0Q作系统 7 10CLKCLK由选择器74153判断。
表2 74LS73的状态转换表
74LS73
74LS73
状态 0Q1Q 1Q0Q 持续时间
S1 00 11 25S
S2 01 10 5S
S3 11 00 15S
状态转换图：
图5 74LS73的状态转换图
4、时钟、状态控制判断系统电路的选择设计
判断系统由双四选一的74S153数据选择器构成，电路图6所示：
图6 状态控制电路图 8 数据选择器输出的逻辑表达式为：
1Y=[1C0(~A~B)+1C1(~AB)+1C2(A~B)+1C3(AB)]·1G;
2Y=[2C0(~A~B)+2C1(~AB)+2C2(A~B)+2C3(AB)]·2G;
由图可知：
1C0=1C1=2C0=2C2=0;
1C2=2C1=2C3=QA(十位74192)；
1C3=1;
B=QA·QB（74S153）;
A=Q0(JK0 74LS73);
~1G、~2G分别接Q1(JK1 74LS73)和~Q1(JK1 74LS73)状态转换表如下：
表3 Q1*和Q1的状态转换表
状态 CLK Q1
74LS73 Q0
74LS73 74192B②
74192(2)C③
S1 1 0 0 1 1
S2 1 0 1 1 X
S3 1 1 1 X 1
5.状态翻译电路的选择设计
状态翻译电路由74LS138（3-8线译码器）实现，电路如图7所示：
图7 状态翻译电路图 9 A=Q0(74LS73)
B=Q1(74LS73)
C接紧急开关
6.紧急开关设计
紧急开关电路如图8所示：
图8 紧急开关电路图
当紧急开关接地电平时，74192计数器正常工作，74LS138译码器工作输出为Y0、Y1、Y3，LED灯正常工作；当紧急开关接高电平时，74192计数器停止。
7.信号灯系统电路设计
信号灯系统由12个不同颜色的LED灯构成的，电路如图9所示：
图9 信号灯系统电路图
三．Multisim仿真测试
1.东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间25s。 10
图10 东西方向通行图
2.东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。
图11 黄灯显示图
3.南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间15s。
图12 南北方向通行图 11 四．实验体会
通过近10天的课设，让我对模电和数电有了新的认识，尤其是巩固了数电课程知识，加深对基本器件、FF、时序电路、逻辑电路的理解。并对实验过程中用的仿真软件mulitisim有了更进一步的掌握，虽然过程中出现了好多问题，但慢慢研究之后，请教同学之后，运用自己所学的理论知识做出一件件实物，确实是一件令人愉快的事情，而且在搭硬件时，对各类器件的功能也有了深刻学习，希望在以后能有更多的动手操作机会.
参考资料
【1.】闫石，数字电子技术基础（第五版）出版社，高等教育出版社2005
【2.】童诗白，华成英主编，模拟电子技术基础，高等教育出版社2006
【3】.陈孝彬，555集成电路实用电路集，高等教育出版社2002-8
【4】.王刚，TTL集成电路应用，机械工业出版社，2000-10
【5】.路勇主编. 电子电路实验及仿真. [M]北京：北方交通大学出版社，2004
【6】. 董玉冰主编.Multisim9在电工电子技术中的应用.[M]北京：清华大学出版2008-8.
【7.】(美)拉贝艾//钱德卡桑//尼克里克z编，国外电子与通信教材系列，电子工业出版社，2012-05-01
