数电课设 交通信号灯控制电路

同时，设计该系统所应用的知识涉及范围广，通过设计可以牢固掌握所学理论知识，对电子信息工程专业的就业方向有初步认识，将理论与实际有机联系起来。
要求设计一个交通信号灯控制系统，能实现以下两个功能：
1.信号灯白天工作
某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。
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与逻辑电路真值表相对应的逻辑电路如图3-5所示：
图3-5 逻辑电路图
通过以上电路图，选择引脚连接电路可以实现交通灯的点亮要求。
4交通信号灯电路的仿真与调试
4.1仿真软件简介
NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。有如下特点：
3.5 逻辑控制电路
逻辑控制电路是本设计的核心电路，由它控制交通信号灯按要求方式点亮(一般经驱动电路去控制信号灯)。根据白天信号灯的点亮要求，将时序逻辑电路的输出作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出给信号灯的驱动电路。夜晚工作方式也需要组合逻辑电路的功能以及秒脉冲通过与门实现。组合逻辑电路的真值表如表3-4所示：
计数器输出
南北信号
东西信号
NSGNSYNSR
EWGEWYEWR
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
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这次数电课程设计，使我明白了许多。从最初的茫然无措到最后的豁然开朗，其间的酸甜苦辣只有参加过课设的人才体会得到。的确，从理论到实践，在整整五天的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正学到属于自己的知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到的问题，可以说得是多如牛毛，因为基础不牢固，再加上缺乏实际设计及动手的经验，所以难免会遇到过各种各样的问题。同时在设计的过程中我也发现了自己的很多的不足之处，比如说发现自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
输入
输出
清零
时钟
串入
CP
A
B
L
X
X
X
L
L
L
L
L
L
L
L
H
L
X
X
H
H
H
H
H
L
X
L
H
X
L
L
初始 =0，A=B=1， =1，下一个脉冲到来时， 将高电平传给 ，并以此类推其12进制扭环型计数器真值表如表3-3所示：
表3-3 12进制扭环型计数器真值表
输入
计数器输出
CP
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
2
1
1
首先遇到的问题就是对虚拟电子实验室软件的陌生，结果导致刚开始就举步维艰，后来通过看老师给的课件和上网看使用教程，逐步学会了使用此款软件，并顺利将电路图连接好了。
刚连好电路图，又出现了问题，就是在使用软件仿真运行的时候灯怎么着也不亮，想尽一切办法也不行，后来只好检查电路图是否连好，检查第一遍时没发现问题，只好再从头检查一遍，检查第二遍时终于发现问题，原来是一个器件的接地端没有接地，才最终导致二极管不亮，接好之后再去进行仿真，灯终于亮了。
3 各单元模块
3.1 直流稳压电源
电源电路如图所示，220V交流电经变压器变为9V交流电，后经整流（全波整流）、滤波（3.3mF电容）、稳压（W7805）输出+5V直流电。电路如图3-1：
图3-1直流稳压源电路
3.2 秒脉冲产生电路
由于黄灯点亮时按秒闪动以及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。为了电路简单和调节振荡周期方便，选择用555定时器组成多谐振荡器。
图3-2555定时器结构图
双极型555定时器由电阻分压器、比较器、基本RS触发器、双极型三极管T和输出缓冲器组成，其外部有八个引脚，第8脚为电源端，第1脚为接地端，第3脚为输出端，第4脚为直接复位端，第5脚为控制电压输入端，第6脚为复位控制端，第2脚为置位控制端，第7脚为放电端。555定时器组成的多谐波振荡电路如图3-3：
4.3调试方法
1.首先调试+5V稳压电源，看输出结果是否为+5V。
2.其次调试555定时器组成的多谐波振荡器，看输出是否为周期1S波形。
3.再次调试分频器，看输出是否为周期为4S波形。
4.最后调试逻辑电路，看仿真结果是否正确。
4.4 调试中出现的问题、原因分析及解决方法
数电课程设计有点儿难度，做课设其间遇到了很多问题。
1.直流稳压电源的仿真
直流电源电压仿真的电路连接如图4-1所示：
图4-1 直流电源仿真电路图
仿真后变压器降压后变压器副边电压以及稳压后的电源电压如图4-2所示:
2.555定时器仿真
555定时器组成的多谐波振荡器的仿真电路如图4-3所示：
图4-3 555定时器组成的多谐波振荡器仿真图
仿真电路波形输出如图4-4所示，其中方格的单位为1S。
2
交通信号灯的总体逻辑框图如图2-2所示：
图2-2交通信号灯的逻辑框图
该电路由555定时器组成的多谐波振荡器、双74LS74组成的4分频器、74LS164组成的扭环型12进制计数器、逻辑控制电路、LED灯组成。
该系统的工作原理为，由555组成的多谐波振荡器产生1S的脉冲经过分频器得到4S的脉冲，4S脉冲进入计数器，当计数器产生相应的输出时，LED灯会随 、 的不同值产生变化。
通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路；
通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为；
借助高级电路分析,理解基本设计特征；
通过一个工具链,无缝地集成电路设计和虚拟测试；
通过改进、整合设计流程,减少建模错误并缩短研发时间。
4.2电路的仿真
按照原理图逐步进行仿真。仿真结果通过软件自带的电压表，示波器展示出来。
0
X
1
0
0
1
1
1
3.4 十二进制计数器
由信号灯白天点亮流程图可以得知，任何方向的信号灯的一个工作循环为十二进制（绿、黄、红时间比例为5：1：6），因此需要设计十二进制计数器，循环工作控制白天信号灯的点亮。因此，用移位寄存器组成十二进制计数器，拟选用8位串入并出移位寄存器74LS164。74LS164的功能表如表3-2所示：
图4-4 多谐波振荡器仿真波形图
3.分频器的仿真
分频器的仿真电路如图4-5所示：
图4-5 分频器仿真电路
仿真分频器波形输出如图4-6所示，其中方格的单位为一秒。
图4-6 分频器输出波形图
由图可见分频器输出大致为4S的周期，是555定时器输出的4倍。
4.红绿灯的仿真
仿真后分频器、红黄绿灯的波形如下，其中波形由上到下分别代表：分频器输出波形，红灯波形，绿灯波形，黄灯波形。白天的仿真波形如图4-7所示：
根据示波器的波形分析：高电平时灯亮，上图第一根线为秒脉冲，第二根线为红灯，第三根线为绿灯，第四根线为黄灯。由图可知，0-18秒时候，B通道处于高电平，绿灯亮；18-22秒区间，C通道产生四次脉冲，即黄灯亮四次；22-44秒区间，则D通道处于高电平，红灯亮。以上为一个周期。
夜间模式分频器与红黄绿灯波形如图4-8所示：
在此过程中，还发现了自身的一个问题，那就是对基础知识掌握得不牢固，最终导致在连电路图时很不顺手，有些器件甚至不知道该接哪里，最后不行，不得不翻看课本，查找资料，不过好在最后还是成功将电路图连好了，而且此次数电课程设计也顺利的做了出来！