交通灯控制电路的设计与仿真

目录 一、课程设计时 间…… …… …… …… ……1 二、课程设计题 目…… …… …… …… ……1 三、设计任务、要求及器件…… …… ……1 四 、 课 程 设 计 的 电 路 及 工 作 原 理…… …… …2 五、 设计中出现的问题…… …… …… ……8 六、心得体会…… …… …… …… …… …8 一、课程设计时间：5 月 25 日 、 5 月 27 日 、 6 月 1 日 、 6 月 3 日 二、课程设计题目：交通灯控制电路的设计与仿真 三、设计任务、要求及器件 1、 设计任务与要求 1） 、能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态，用两组红、黄、绿 三色灯来表示两个方向上的交通灯; 2） 、能实现正常的倒计时功能，用两组数码管作为东西和南北方向的到计时显示，并且 对红、绿灯的时间可调，在每次由绿灯变成红灯或相反的过度转换过程中，要亮黄灯 2 秒作 为过渡； 3） 、能实现由手动控制红、绿的状态，即达到能手动切换交通灯的特殊状态的功能； 2、 用的器件及芯片，见表一 表一 数码管 脉冲源 逻辑与门 逻辑或门 逻辑或门 灯 电平开关 开关 四、课程设计的电路及工作原理 交通灯控制电路主要由循环部分电路、减数器和显示（数码管）等部分组成。用到的信 号是时钟信号， 脉冲发生器是提供给该系统中减数器的标准时钟信号源， 循环电路部分是系 统的主要部分，由它控制定红、黄绿、灯的往复工作，减数器与数码管组成不同进制与时间 显示。即 74194 输出用于点亮红、黄、绿灯和控制灯点亮同时进行的倒计数，倒计数及灯点 亮时间的设置可由 74190 完成，手动脉冲和 74190 的进位输出脉冲又可用于去激励 74194 进位输出，如此往复形成红绿灯的循环点亮控制。 1、往复循环电路及原理 在设计中用到起移位作用的芯片是双向移位寄存器 74LS190，用此芯片来控制灯的移 动，可搭建出单循环和往复循环两种结构电路。 双向移位寄存器 74194 为 4 位双向移位寄存器，其主要电特性的典型值如下： 当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QD）均为低电平。当工作方式控制端（S0、 S1）均为高电平时，在时钟（CLOCK）上升沿作用下，并行数据（A－D）被送入相应的输 出端 QA－QD。此时串行数据（DSR、DSL）被禁止。当 S0 为高电平、S1 为低电平时， 在 CLOCK 上升沿作用下进行右移操作，数据由 DSR 送入。当 S0 为低电平、S1 为高电平 时，在 CLOCK 上升沿作用下进行操作，数据由 DSR 送入。当 S0 和 S1 均为低电平时， CLOCK 被禁止。对于 54（74）194，只有当 CLOCK 为高电平时 S0 和 S1 才可改变。 引出端符号： CLOCK 时钟输入端 CLEAR 清除端（低电平有效） A－D 并行数据输入端 DSL 左移串行数据输入端 DSR 右移串行数据输入端 S0、S1 工作方式控制端 QA－QD 输出端 在设计中用的是往复循环连接方式： 往复循环计数电路的设计采用的是同步方式， 使用 D 触发器控制 74LS194 的左右移位， 设计电路图如下，图一所示： 图一、红绿灯的交替电路（往复循环） 为达到往复循环计数电路的设计，需满足下列表格的要求，见表二： 表二 CLK A Q B Q C Q Q (D 触发器输出) R S D 0 0 0 0 0（右移） 1 0 1 1 0 0 0（右移） 0 0 2 0 1 0 0（右移） 0 1 3 0 0 1 1（左移） 任意 1 4 0 1 0 1（左移） 任意 0 D 触发器 Q→ 1 S Q → 0 S ，这样做到触发器“0”态 194 右移。 74194 与 D 触发器的 D R 端连接置零信号，作启动作用。 L S 做接地处理，以便在左行移 位时给低位补零。 考虑无关项的情况下，利用卡诺图化简可得如下结果： R S = AB Q Q = AB QQ D= B Q Q+ C Q 2、减数器电路及原理 另外用到的芯片是 74LS194，此芯片具有计数功能，而在交通灯中是利用它的减数功能，单 片的 194 是十进制，若要达到十进制以上的要求，则需将两块芯片组合在一起运用。将两片 组合在一起能实现一百进制的计数。 74190 为可预置的十进制同步加/减计数器，当置入控制端LD为低电平，不管信号 CP 的状 态如何，输出端 ~ AD QQ 即可预置成与输入端 A~D 相一致的状态。 引出端符号： ~ AD QQ 并行数据输出端 CTEN 使能端 A~D 数据输入端 LD 置数端 CLK 信号输入端 RCO 进位信号输出端 图二、减数器 电路中的左边这片是高位，右边是低位，将低位的RCO输出的信号送到高位的 CLK 端，用来给高位信号，来完成高位的自动减数，同时将高位的数据输出端 QD 用个逻辑非门 送回到高、低位的LD置数端以达到自动减数的作用。 此电路可做到控制输入不同进制， 完成的是对十位的不同控制， 从而达到所需的不同计 时要求，达到的是整十进制的转换，通过开关来完成不同进制的转换，可在十到七十的不同 控制。例如，在 D 关闭下完成的十进制，在 S 关闭下完成的是二十进制，S 和 D 同时关闭 时完成的是三十进制，在 A 关闭下是完成四十进制，等进制的控制，达到 A、S 和 D 同时 关闭的状态下达到最高七十进制的转换。 3、 红绿灯的控制结构电路及原理 交通灯控制电路主要由以下几部分构成，绿灯、红灯和黄灯计时及预初值电路、红绿灯 交替往复电路等构成。 最终组合的电路要求控制的是十字路口上的红绿灯， 两片 74190 组合 的减数器对一个路口的交通灯中的绿灯进行计数， 另一组减数器对红灯进行计数， 单独一片 74190 对黄灯计数，另外路口的交通灯接在这路口上，将红灯接绿灯，绿灯接红灯，黄灯接 黄灯。 当出现紧急情况一类问题是，我们需要能手动来控制交通灯的亮/熄，未达到此要求在 电路中设计有一手动开关 K，需要将交通灯设置在什么颜色上的位置， 只需手动控制开关就 能完成。此手动开关由字母 K 控制，当 K 开启之后，减数器从往复循环的灯状态得到的信 号被截断，交通灯就处于此位置一直不变，到 K 闭合之后往复循环中的灯的状态信号才能 给到减数器中，从而减数器又开始工作。 在电路中还使用了电平开关，起到的作用是将信号灯亮/熄状态的返回到减数器的，以 控制 190 的工作，当灯亮时电平开关两端有电压，开关闭合，线路处于导通，减数器接收到 信号，开始工作，当灯熄灭时，电平开关两端没电压，开关开启，线路截止，减数器没有信 号输入，停止工作，减数器处于开始预置数上，到下一个灯亮起之后减数器做相同的状态变 换。 状态控制器是系统的核心部分， 在红绿灯的控制结构电路图中， 从 74194 的红灯接到电 平开关在接回 74190 的 LOAD`端,即将红灯的信号传给 190 以控制其工作， 将信号送回到 190 驱动它工作；将高位和低位的RCO出来的信号送到 194 的 CLK 端来推动 194 及