简易交通灯控制逻辑电路设计报告

简易交通灯控制逻辑电路设计报告

目录

一、设计任务和要求 (2)

二、设计目的 (2)

三、设计方案选择 (2)

四、单元电路的选择设计 (5)

1.秒脉冲电路的选择设计 (5)

2.计时器电路的选择设计 (7)

3.状态控制器电路的选择设计 (8)

4.时钟、状态控制判断系统电路的选择设计 (10)

5.状态翻译电路的选择设计 (13)

6.输出调整电路的选择设计 (14)

7.紧急开关设计 (15)

8.信号灯系统电路设计 (16)

五、系统的调试与仿真 (16)

1.调试软件 (16)

2.仿真电路的联成 (16)

3.电路的调试 (18)

六、心得体会 (21)

七、元件列表 (22)

八、参考书 (23)

一、设计任务和要求

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15s。

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10s。

4、如果发生紧急事件，可以动手控制四个方向红灯全亮。

二、设计目的

1、进一步熟悉和掌握数字电子电路的设计方法和步骤

2、进一步将理论和实践相结合

3、熟悉和掌握仿真软件的应用

三、设计方案选择

任务要求实际上就是4个状态，不妨设：

S1：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s；

S2：东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s；

S3：南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s；

S4：如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。

【表1】主电路状态与指示灯状态转换

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=15s；S2=5s；S3=10s。

方案一

①、S1-S3使用2个SR锁存器，设置00，01，10三个状态。

②、S4使用触发器，当出现紧急情况，触发器由“0”进入S4状态“1”后，在解除紧急时，恢复“0”，进入S1状态。

③、使用4个JK触发器，实现16位计数。

方案二

①、S1-S3使用2个7473替代的T触发器。JK触发器包含

SR触发器和T触发器的功能，J=K=T，则得到T触发器。

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74192同步可逆10进制计数器（8421码）2个

方案比较

方案一、优点：状态转换简单；

解除紧急（S4）后指定回到S1；

缺点：电平触发，与时钟信号不匹配；

方案二、优点：下降脉冲触发，与时钟信号匹配；

容易处理，可显示数值；

缺点：解除紧急（S4）后回到S1/S2/S3任一状态，不固定；

综合考虑，为使电路简化、运行稳定，选用方案二。

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（Terminal Count Up (Carry) Line）。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74LS73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74LS73的状态，满足条件输出74192的清零使能和74LS73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。

四、单元电路的选择设计

1、秒脉冲电路的选择设计

①秒脉冲可以由函数信号发生器产生，也可以由555定时器组成多谐振荡器产生。

②本实验采用555定时器组成的多谐振荡器，采用如图所示的接法，引入了二极管D1和D2，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=R1Cln2，放电时间变为T2=R2Cln2，故得脉冲的占空比为q=R1/(R1+R2)，若取R1=R2，则q=50%，相应的周期变为T=（R1+R2）Cln2，取C=100uF。为了使输出波形稳定，取R1=R2=。

秒脉冲电路原理图：

电路仿真图：

2、计时系统电路的选择设计

计时系统包括由74192构成的计数器和数字译码显示器等，电路图如图

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。 74192功能表如下：

3、状态控制器电路的选择设计

状态控制器是交通灯控制电路的核心，能够控制交通灯工作状态的转换。本设计需要循环的状态一共是三个，分别是S1、S2、S3，采用74LS73，JK触发器。