红绿灯数字电路课程设计

《数字逻辑电路设计》《数字逻辑电路设计》课程设计总结报告课程设计总结报告题目：红绿灯控制器题目：红绿灯控制器指导老师：指导老师：设计人员设计人员: : 学号学号: : 班级：班级：日期：日期：20132013 年年 5 5 月月第1页共 12 页目目录录一、设计任务书二、设计框图及整机概述三、各单元电路的设计方案及原理说明四、调试过程及结果分析五、设计、安装及调试中的体会六、对本次课程设计的意见及建议七、附录（包括：整机逻辑电路图及元器件清单）第2页共 12 页一、设计任务书一、设计任务书一、题目：红绿灯控制器二、设计要求设计一个红绿灯控制器设计应具有以下功能（1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。. （2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。（3）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。 (4 ) 东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。。要求有时间显示（顺数、逆数皆可），时间自定。（大于 15 秒以上）可添加其他功能。三、给定条件 1. 只能采用实验室提供的中小规模电路进行设计。 (不一定是实验用过的) 十字路口交通示意图十字路口交通示意图第3页共 12 页二、设计框图及整机概述二、设计框图及整机概述 1、设计框图译码系统显示时间脉冲发生电路控制系统红绿灯计数系统 2、整机概述上图是整个交通灯电路的设计框图。首先，脉冲发生电路是用来给计数芯片产生脉冲的，以便计数芯片可以正常的工作。控制系统是整个电路的核心，它控制着红绿灯的亮灭、数码管的显示以及控制计数时间，所以对于这个部分的设计是非常重要的。计数系统我们可以用计数芯片 160 或者 161 来实现，采用置数或者置零的方法都可以让实现某一个时间段的计数。译码系统是用来显示时间的，它将计数系统所记的时间用数码管显示出来，以便我们可以更清楚的知道红绿灯亮灭的时间。最后的红绿灯部分用红黄绿三种发光二极管将我们所设计的电路功能直观的表现出来。第4页共 12 页三、各单元电路的设计方案及原理说明三、各单元电路的设计方案及原理说明脉冲发生电路：这上个学期的数电实验中，我们用555 定时器实现了产生脉冲的功能，所以我们这次可以用 555 定时器来实现脉冲发生电路。555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路，但是因为本次课程设计实验室直接提供了实验所需的脉冲，所以这个部分我们并没有设计，而是直接使用了实验室提供的脉冲。计数系统：因为实验要求我们只用显示一个红灯的时间就可以了，所以根据我的设计方案，是打算让红灯保持 25 秒的时间，也就是数码管需要显示的最大数字是 25，因此可以用两片 160 计数芯片来实现。该计数器能同步并行预置数据、异步清零，具有清零置数，计数和保持四种功能，且具有进位信号输出端、可串接计数使用。我采用的是计数清零的方法来实现从 0 到 25 的计数，两块芯片都是接在同一个秒冲上的，所以是同步置零的方法。首先先接上一片160，它的计数用来当做个位，当第一片 160 从 0 记到 9 时在它的进位输出端会输出一个进位脉冲，我把这个进位脉冲直接接到了第二片 160 的使能端，这样就实现了十位的计数，当两片芯片总共计数到 25 时，这时我们译出一个清零信号，用来清零，即每当两块芯片从 0 记到 25 的时候，都会置零，然后再重新开始计数，这样就实现了技术部分。该部分仿真电路如下：第5页共 12 页译码系统：这个部分是用来显示计数的，也就是我们在计数系统中设计了从 0 到 25 的计数，则数码管也会从0 开始显示到 25。这里我们需要用到 BCD-七段译码器 74LS48，74LS48 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。根据 48 芯片的功能表，我们按照数码管的管脚跟译码器的管脚一一对应的焊接上，这里得注意需要给数码管接上一定阻值的限流电阻，不然有可能会把数码管烧坏。该部分仿真电路如下：第6页共 12 页控制系统：控制系统是整个红绿灯电路的核心部分，它的设计也直接决定着本次课程设计的成功与否。首先根据课程设计要求，将控制器输出的 4 种工作状态，翻译成车道上 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表所示（表中 0 代表灭，1 代表亮）。状态黄灯 0 0 0 1 绿灯 0 0 1 0 红灯 0 0 1 1 黄灯 0 1 0 0 绿灯 1 0 0 0 Q1Q2红灯 00 01 10 11 1 1 0 0 从上表中我们可以看出，红绿灯状态的转换需要四个状态来实现，这个部分我用了一片161 计数器芯片来实现，74LS161 是四位二进制同步计数器芯片，它可以从 0 开始计数，一直记到 15，在这里第7页共 12 页我只需要到它的低两位，因为 161 的低两位恰好是每计数四次就开始循环，与我们所需要的用来控制红绿灯的四个状态相同，因此选用 161芯片来实现，就可以不需要用触发器去设计一个四位的控制系统。接下来将列出的真值表进行化简，得到了各个灯的逻辑函数，即：红灯 1 = Q1 ，黄灯 1 = Q1Q2 ，绿灯 1 = Q1Q2 红灯 2 = Q1 ，黄灯 2= Q1Q2 ，绿灯 2 = Q1Q2 接着用一片 74LS04 与 74LS08 来实现各个灯的功能，将 74LS161 的低两位分别接到这两个芯片的对应管脚，这样就把控制系统给实现了。该部分仿真电路如下：最后将各个分开的部分整合成一个电路，把各个系统联系起来，使得整个电路连接在一起，实现交通灯的功能。四、调试过程及结果分析四、调试过程及结果分析（1）进行计数系统电路的焊接与调试。当输人 1Hz 的时钟脉冲信号时，要求电路能进行增计时，当增计时到 25 时，能输电有效的定第8页共 12 页时时间到信号；（2）进行交通灯控制器以及显示部分的焊接与调试。（3）最后进行交通灯（即发光二极管）的焊接与调试；（4）判断各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。若是出现了错误，则一个部分一个部分的检查电路，找出问题，解决问题。最终调试如下：接上电源,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为 25 秒，当东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮； .当东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮；当东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮；当东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。。时间显示器从预置的 0 秒，以每秒增 1，增到 19 到 20 时，东西方向的绿灯转换为黄灯，其余灯都不变。从增至 5 秒又到 0 后时东西方向的黄灯转换为红灯；南北方向的红灯转换为绿灯；如此循环下去。五、设计、安装及调试中的体会五、设计、安装及调试中的体会在看到本次课程设计的几个题目之后，我选择了交通灯这道题，因为在我看来这个题目会比较简单，仅仅是实现几个灯的循环点