数电大作业

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题目数电大作业

学院电子工程学院

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作业一

交通灯控制器

一、设计要求及设计内容

在十字路口的交通灯，有下列的特点：假如一个交通灯十字路口东西、南北向街道，当东西向绿灯亮6s，同时南北向红灯亮6s；接着东西向黄灯亮2s，南北向红灯继续亮2s；接着东西向红灯亮3s，南北向绿灯亮3s；接着东西向红灯亮1s，南北向黄灯亮1s。

按照上面的交通灯的特点，此交通灯要求实现的功能如下：

在设计时，我们可以按照下列的流程图来对此交通灯来进行设计，交通灯主要包括以下几个部分：秒脉冲发生器，控制器，定时器，译码器等。

图红路灯框图

图74LS163时序图

在交通灯的设计时，需要用到计数器，在选用计数器时，为了使的设计更加方便，选用计数器74LS163进行设计较简便。74LS163是一个4位二进制同步计数器，它

具有同步清零、同步置数的功能。

74LS163的外引线排列图和时序波形图如图1所示：

74LS163的外引线排列图

时序波形图

图1 74LS163的外引线排列图和时序波形图

由于其有同步清零，同步置数的功能，所以其功能表如图2所示。图中LD是低电平有效的同步清零输入端，GND是低电平有效才同步并行置数控制端，CPT、CTT是计数控制端，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。

输入输出CR LD CPT CTT CP D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3

0 X X X X X X X 0 0 0 0

1 0 X X d0 d1 d

2 d

3 d0 d1 d2 d3

1 1 1 1 X X X X 计数

1 1 0 X X X X X 保持

1 1 X 0 X X X X X 保持

图2 74LS163功能表

二、设计电路图

在设计时，用到滤波器，以此来产生信号来给交通灯提供输入信号，从而使的电路实现应有的功能，用Multisim仿真可以得到电路图如图所示：

1、波形发生器电路如下图:

（1此这个电路设计时，综合运用运放系列模块和差动放大模块。如图连接电路之后，，可以实现将方波转换成三角波的功能。

如图将R

p3滑动变阻器与C

4

断开，由于比较器U

1

与积分器U

2

组成正反馈闭环电路，

同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时调试。先使R

p1=10KΩ，R

p2

取2.5 KΩ--70

KΩ内的任意阻值，否则电路可能会不起振。只要电路接线正确，U

O1输出方波，U

O2

输出三

角波，调节R

p2用示波器观察输出波形并记录数据。再将电容换成C

2，

调试记录数据。

调节正弦波:：将R

p3与C

4

连接，调节R

p3

时三角波的输出幅度适当，此时U

O3

的输出波

形应接近正弦波，调整R

p4、R

w

可改善正弦波波形。

（20）频率范围: 函数发生器的输出频率一般分为若干波段，低频信号发生器的频率

范围为：1—10H

Z ，10--100 H

Z

，100 H

Z

–1kH

Z

，1--10 kH

Z

，10—100 kH

Z

，100 kH

Z

–1MH

Z

等六个波段，测试并记录本实验的频率范围。

2、设计的计数器电路如下图所示：

24位进制计数器

在此电路中采用共阴极数码管显示，芯片74LS248为数码管驱动，同步可逆计数器74LS192构成24进制计数器。74LS74产生控制信号，第三片74LS192计数器控制发光二极管。连接时钟脉冲后，左半部分计数器由24开始进行减计数，计数至20时红灯X1亮，绿灯X2不亮，计数至12以后绿灯亮，红灯熄灭。计数至0时绿灯熄灭。计数器使能端为高电平重新置数，回到起始过程。依次循环，从而实现按照一定的时间后，交通灯会实现不同颜色之间的转换。

74LS192N是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其功能表如下图所示：

3.交通灯控制器电路图

交通灯控制器仿真图

在设计的时候，要考虑到以下一些情况：

（1）东西车道绿灯亮，南北车道红灯亮。此时表示东西车道上的车辆允许通行，南北车道禁止通行。绿灯亮则规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。

（2）东西车道黄灯亮，南北车道红灯亮。表示东西车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，南北车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

（3）东西车道红灯亮，南北车道黄灯亮。表示东西车道禁止通行，南北车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

（4）东西车道红灯亮，南北车道黄灯亮。表示东西车道禁止通行，南北车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续

通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY 时，控制器发出状态转换信号ST ，系统又转换到第（1）种工作状态。

三、仿真结果分析

1、交通灯控制器结果

在上图中，当运行的时候，指示灯会亮，上图中，指示灯绿灯和黄灯亮了，由于需要显示的比较多，所以不会一一列出来，下表中只列出来了黄灯，红灯，绿灯亮的时间，由于在设计时候出现了一些误差，使的结果与理论上的结果有些不同，这些问题可以通过改进计数器电路来改善，从而使得结果与理论相符。

交通灯控制器结果

示意表

2.波形发生器实验结果：

图 滤波发生器实验结果

在上图中是用Multisim 仿真软件仿真时显示的结果。在仿真实验时示波器显示Ｕｏ１

输出的方波和Ｕｏ２输出的三角波。

东

西车

道

信号绿灯亮 黄灯亮

红灯亮 时间 12秒 5秒 14秒 南北车

道 信号 红灯亮 绿灯亮 黄灯亮

时间 14秒 125秒 5秒