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数字电路交通灯课程设计（含仿真）.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.13M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    一 、设计目的
    二、设计要求和设计指标
    三、设计内容
    3.1 交通灯控制电路的工作原理
    3.1.1 秒脉冲发生器
    3.1.2 定时器
    3.1.3控制器
    3.1.4译码电路
    3.1.5显示部分
    3.2主要器件的选择
    3.3仿真结果分析
    3.3.1仿真图
    3.3.2结果分析
    四、本设计改进建议
    五、总结（感想和心得等）
    六、主要参考文献
    课程设计（大作业）报告 课程名称： 数字电路 设计题目： 院 班 系： 信息技术学院 级： 13 物联网工程 1 班 设 计 者： 杨丽芳 学 号： 201311050245 指导教师： 张虹 设计时间： 信 息 技 术 学 院
    昆明学院课程设计（大作业）任务书 姓 名：杨丽芳 专 业：物联网工程 任务起止日期： 课程设计题目： 课程设计要求： 院（系）：信息技术学院 学 号：201311050245 工作计划及安排： 指导教师签字 年 月 日 2
    课程设计（大作业）成绩 学号： 姓名： 指导教师： 课程设计题目： 交通灯控制电路设计 总结： 经过一周的努力，我终于完成了数字电子技术的课程设计——交通灯控制电路。通 过这次数字电子技术课程设计，使我对数字电子技术在实践中的应用有了更深刻的理 解。通过该课程设计，把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。通过一 周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技 术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。我更深刻体会到数字电子技术对当代社会 发展的重要作用。 在摸索该如何设计使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维， 增加了实际操作能力。让我体会到了设计的艰辛，同时更让我体会到成功的喜悦和快乐。 这次数字电子技术课程设计，虽然短暂但是让我得到多方面的提高：（1）提高了我们的 逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合 逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。另外，我 们还更加充分的认识到，数字电子技术这门课程在科学发展中的至关重要性。（2）查阅 参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东 西，有时我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们 更多的还是独立思考。在这次课程设计中，张虹老师给了我们很大的帮助，我们许多的 不解和疑惑才得以解决。 经过这次课程设计，我学到很多东西。社会的不断发展以及电子产品的更新换代， 使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所 以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的 现代社会。 指导教师评语： 成绩： 时间： 指导教师签名： 3
    目 录 一 、设计目的 .............................................................5 二、设计要求和设计指标 ....................................................5 三、设计内容 ..............................................................5 3.1 交通灯控制电路的工作原理 ............................................ 5 3.1.1 秒脉冲发生器....................................................6 3.1.2 定时器..........................................................7 3.1.3控制器...........................................................7 3.1.4译码电路.........................................................8 3.1.5显示部分........................................................10 3.2 主要器件的选择 ..................................................... 11 3.3 仿真结果分析 ....................................................... 11 3.3.1仿真图..........................................................11 3.3.2结果分析........................................................12 四、本设计改进建议 .......................................................12 五、总结（感想和心得等） .................................................12 六、主要参考文献 .........................................................13 4
    一 、设计目的 在学完《数字电子技术基本教程》之后，集中一周时间，进行的复杂程度高、综合 能力较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求到达以下目的： 1、 进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生设计能力和综合分析问题、解决问 题的能力； 2、 熟悉并掌握 Proteus 仿真技术，能独立完整地设计一定功能的电子技术，以及仿真 和调试等的综合能力； 3、 掌握各芯片的逻辑功能及使用方法，提高电子电路的设计和实验能力； 4、 熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。 二、设计要求和设计指标 1、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。 2、当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮 红灯。 3、主支干道交替允许通行，主干道每次放行 30s、支干道 20s。设计 30s 和 20s 计 时显示电路。 4、在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮 5s 的黄灯作为过渡，设置 5s 计时显示电路。 三、设计内容 3.1 交通灯控制电路的工作原理 它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器 是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经 驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工 作。如图 1 所示： TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为 25 秒，即车辆正常通行的时间间隔。定 时时间到，TL=1，否则，TL=0。 TY：表示黄灯亮的时间间隔为 5 秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。 ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始 下个工作状态的定时。 5
    图 1 系统的原理框图 3.1.1 秒脉冲发生器 秒脉冲发生器由 NE555 电路及外围电路组成，其中 R8=15K、R9=68K,C3=10uF 的 电阻电容值决定了脉冲宽度。既 T=(R8+2R9)C2ln2 当 T=1S，即可凑出 R8、R9、C3 其 中 C3=0.01uF 是为了保持输出的波形的稳定。 如图 2 所示， R9=68K、C3=10uF 组成一个串联 RC 充放电电路，在 NE555 的 7 脚上输出一个方波信号，C3 上得到一个三角波。此三角波送到 NE555 的 2 脚输入端。 由 NE555 内部的比较器和门电路共同作用，维持 7 脚上的方波信号和 3 脚上的输出方 波。 +5V 8 R C C V CV Q DC D N G TH TR 4 5 2 U12 3 7 6 1 NE555 C2 0.01uF C3 10uF 图 2 秒脉冲发生器原理图 6 R9 15k R8 68k
    3.1.2 定时器 定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器 在状态信号 ST 作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进 行增 1 计数，向控制器提供模 5 的定时信号 TY 和模 25 的定时信号 TL。 计数器选用集成电路 74LS160 进行设计较简便。74LS160 是 10 进制同步加法计数 器，它具有异步清零、同步置数的功能。74LS160 功能表如表 1 所示。 CLK X ↑ X X ↑ RD’ 0 1 1 1 1 表 1 74LS160 功能表 LD’ X 0 1 1 1 EP X X 0 X 1 ET X X 1 0 1 工作状态 置零 预置数 保持 保持（C=0） 计数 表中 RD’是低电平有效的同步清零输入端，LD’是低电平有效才同步并行置数控制 端，EP、ET 是计 图 1-3 交通灯的 ASM 图数控制端，CO 是进位输出端，D0～D3 是并 行数据输入端，Q0～Q 3 是数据输出端。 3.1.3 控制器 控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的 转换。列出控制器的状态转换表，如下表所示。选用两个 D 触发器 74LS74 做为时序寄 存器产生 4 种状态，控制器状态转换的条件为 TL 和 TY，当控制器处于 Q1n+1Q0n+1 ＝ 00 状态时，如果 TL＝ 0，则控制器保持在 00 状态；如果，则控制器转换到 Q1n+1Q0n+1＝ 01 状态。这两种情况与条件 TY 无关，所以用无关项"X"表示。其余情 况依次类推，就可以列出了状态转换信号 ST。 可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将 Q1n+1、Q0n+1 和 ST 为 1 的项所 对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后 将各与项相或，即可得到下面的方程： 7
    根据以上方程，选用数据选择器 74LS153 来实现每个 D 触发器的输入函数，将触 发器的现态值加到 74LS153 的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。 +5V V 5 + 1Y 2Y 7 9 U8 1X0 1X1 1X2 1X3 2X0 2X1 2X2 2X3 A B 1E 2E 6 5 4 3 10 11 12 13 14 2 1 15 74LS153 1Y 2Y 7 9 U9 1X0 1X1 1X2 1X3 2X0 2X1 2X2 2X3 A B 1E 2E 6 5 4 3 10 11 12 13 14 2 1 15 74LS153 2 3 4 D S CLK R 1 U10:A Q Q 5 6 74LS74 +5V 0 1 U10:B 12 11 D S CLK R 3 1 Q Q 9 8 74LS74 R2 200 C1 10nF +5V 图 3 交通灯控制器 其原理为： CLK 分别送给 U6A 和 U6B 的 3 和 11 的清零端。将 TY 接入 U4 的 5 和 U5 的 4 和 5；TY 非接入 U4 的 4。如图 3 所示：74LS74 两个 D 触发器作为时序寄存 器产生 4 种状态。选用数据选择器 74LS153 来实现每个 D 触发器的输入函数，将触发 器的的现态值加到 74LS153 的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。 3.1.4 译码电路 译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0 的 4 种工作状态，翻译成甲、乙车 道上 6 个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如下表所 8
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