66 数字电路综合设计

6.6 数字电路综合设计

6.6.1汽车尾灯控制电路

1. 要求：假设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯(用发光二极管模拟)，要求汽车正常运行时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。2．电路设计：

(1)列出尾灯和汽车运行状态表如表6.1所示

(2)总体框图：由于汽车左或右转弯时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下，各指示灯和各给定条件(S1、S0、CP、Q1、Q0)的关系，即逻辑功能表(如表6-2所示(表中0表示灯灭，1表示灯亮)。

由表6-2得总体框图如图6.6-1所示

图6.6-1汽车尾灯控制电路原理框图

(3)单元电路设计

三进制计数器电路可根据表6-2由双J—K触发器74LS76构成。

汽车尾灯控制电路如图6.6-2所示，其显示驱动电路由6个发光二极管构成；译码电路由3—8线译码器74LSl38和6个和门构成。74LSl38的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三进制计数器的输出端。当S1＝0，使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LSl38对应的输出端

Y、１Y、２Y依次为0有效(３Y、４Y、５Y信号为“1”

０

无效)，反相器G1—G3的输出端也依次为0，故指示灯D1→D2→D3按顺序点亮，示意汽车右转弯。若上述条件不变，而S1＝1，则74LSl38对应的输出端

Y、５Y、６Y依次为0有

４

效，即反相器G4～G6的输出端依次为0，故指示灯D4→D5→D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。当G＝0，A=1时，74LSl38的输出端全为1，G6～G1的输出端也全为1，指示灯全灭；当G＝0，A＝CP时，指示灯随CP的频率闪烁。

对于开关控制电路，设74LSl38和显示驱动电路的使能

端信号分别为G 和A ，根据总体逻辑功能表分析及组合得G 、A 和给定条件(S1、S0、CP)的真值表，如表6—3所示。

表6—3 S1、S0、CP 和 G 、A 逻辑功能真值表

由表6—3经过整理得逻辑表达式

0S 1S G ⊕= ,0S 1S 0S 1S A +=,CP 0S 1S 0S 1S CP •=

由上式得开关控制电路，如图6.6-2所示。

图6.6-2 汽车尾灯总控制电路

3．建立图6.6-2所示汽车尾灯控制电路，启动仿真，测试系统功能。

试将图中的开关控制电路变换成子电路，再重新仿真。

6.6.2交通信号灯控制电路设计

1.要求：设计一个主、支干道十字路口交通灯控制电路。主干道路灯亮45秒、支干道绿灯亮25秒;每次绿灯转换为红灯过程中黄灯亮5秒；主干道在通行45秒后，若支干道无车，则主干道的绿灯继续亮下去，直到支干道有车，才继续转换；黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁；十字路口要有时间显示（要求以秒为单位作减计数）以便人们直观把握时间。

2.原理分析

支干道是否有车辆到来可以利用传感器进行检测，本电路用逻辑开关代替，有车到来，开关闭合(K=1)，无车时，开关断开(K=0)。

根据设计要求，各信号灯的工作顺序流程如图6.6-3所示。四个路口均设红、黄、绿三色信号灯和用于计数的有两位数码管显示的十进制计数器。信号灯四种不同的状态分别用S0(主绿灯亮，支红灯亮)、S1(主黄灯亮，支红灯闪烁)、S2(主红灯亮，支绿灯亮)、S3(主红灯闪烁，支黄灯亮)表示。

图6.6-3交通灯控制流程图

根据系统工作流程要求，系统硬件结构框图如图 6.6-4 所示。

图6.6-4交通灯控制系统硬件结构框图

3. 单元电路设计

(1)时基电路：可由555多谐振荡器构成。为简化电路，在此选用秒脉冲信号源代替。

图6.6-5 可预置定时及显示电路

(2)可预置定时及显示电路：如图6.6-5所示2位十进制可预置数递减计数器选用两片74LS190异步级联构成；选用两只带译码功能的七段显示数码管实现两位十进制数译码显示；由74LS190功能表可知，该计数器在零状态时RCO 端输出低电平。将个位和十位计数器的RCO端通过或门控制两片计数器的置数控制端LOAD(低电平有效)，从而实现了计数器减计数至“00”状态瞬间完成置数的要求。通过8421码置数输入端，可以选择100以内的数值，实现0～100秒内自由选择的定时要求。

(3)状态控制器

由流程图可见，系统有4种不同的工作状态(S0～S3)，选用四位二进制递增集成计数器74LS163作状态控制器，取低两位输出Q B、Q A作状态控制器的输出。状态编码S0、S1、S2、S3分别为00、01、10、11，可列出灯控函数真值表如表6.4 所示。

表 6.4灯控函数真值表

利用Multisim2001的逻辑转换仪，由灯控函数真值表很容易得到最简灯控逻辑函数如下：

R=Q B，Y=Q B’Q A，G=Q B’Q A’；

r=Q B’，y=Q B Q A，g=Q B Q A’

根据灯控函数表达式可画出状态译码器电路。图 6.6-6是将状态控制器、状态译码器和模拟三色信号灯相连构成的三色信号灯转换控制电路。

图6.6-6三色信号灯转换控制电路

为了便于调试和绘制系统总图方便，可以将图6.6-5中虚线框内电路用子电路KZQ表示。

4．系统组装和调试

首先对各单元电路功能进行验证，无误后，用粘贴的方法将各单元电路加以组合。要特别注意电路之间高、低电平的配合。组装完毕，“通电”进行通调。