数字电路基础 交通灯课程设计报告

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1、西安邮电学院数字电路课程设计报告书——交通灯控制器学院名称：自动化学院学生姓名：卢小琦（12）专业名称：自动化班级：0801实习时间：2010年6月21日—2010年7月2日一、设计题目：交通灯控制器交通灯控制器是可以自动控制交通灯，并以倒计时的方式显示出时间，方便行人和车辆在通行时有条不紊的通行，达到交通井然有序，出行人员安全快捷的到达目的地的效果。本次实验的就是想通过这样的一个实例，来结合数字电路课程的学习共同实现这样的一个应用工具，达到理论和实践相结合的目的。二、设计要求：设计一个十字路口控制交通秩序的交通灯，满足以下条件：

2、显示顺序为其中一组方向是绿、黄、红；另一方向是红、绿、黄。设置一组数码管以倒计时的方式显示语序通行或禁止通行时间，其中支通道绿灯的时间是20s，另一个方向上主通道的绿灯亮的时间是30s，黄灯亮的时间都是5s.选做：当任何一个方向出现特殊情况，按下手动开关，其中一个方向通行，倒计时停止，当特殊情况结束后，按下自动控制开关恢复正常状态。三、设计思路概述：1．任务分析：交通灯控制器主要实现两部分功能：①东西、南北双向通路的红、绿、黄灯控制；②东西向主通路的倒计时显示。另外，在此设计中还实现了紧急情况下的强制中断功能。2．实现方案：实现这

3、个交通灯控制器可以采用PLD、FPGA、单片机等可编程器件或基本数字逻辑器件实现。在这次实验中采用74系列数字集成芯片和555时基芯片实现相应功能，在本报告的最后附有用Atmel公司89C52实现同样功能的电路设计图及C51程序。3．具体功能分析：此电路为十字路口交通灯控制电路，要求东西向和南北向不能同时出现绿（黄）灯，发生“撞车”现象。即当某一方向为绿灯或黄灯时，另一方向必为红灯。东西向主通路有倒计时显示。设计时序如下：R30sY5sG20s东西向G25sY5sR25s南北向脉冲输出部分计时控制部分数字显示部分彩灯控制部分彩灯显

4、示部分4．电路框图设计：说明：脉冲输出部分为555时基芯片构成的多次谐波振荡器，由其产生周期为1s的时钟脉冲信号。计时控制部分主要由两片74LS161（十六进制同步加法计数器）、74LS74（边沿D触发器）及逻辑门电路构成。产生30s、20s和5s的倒计时信号。彩灯控制部分将计时控制部分输出的信号通过逻辑门电路及74LS139（双2—4线译码器）产生控制信号，控制彩灯按照响应时序显示，并将74LS139的输出信号反馈回计时控制部分实现三种倒计时之间的切换。数字显示部分主要由74LS48（7段显示译码器）、74LS04（反相器）及8

5、段共阴极数码管构成，通过接入计时控制部分的信号实现倒计时显示。四、单元电路设计：1．脉冲输出部分：脉冲输出部分为555时基芯片构成的多次谐波震荡器，电路原理图如右：其中器件参数分别为R1=4.7kΩ，R2=150kΩ，C1=4.7μF，C2=0.01μF。产生的时钟脉冲为周期T=1s的方波。电容C1充电时，暂稳态持续时间为tw1=0.7(R1+R2)C=0.7×(150k+4.7k)×4.7μ≈0.5s电容C1放电时，暂稳态持续时间为tw2=0.7R2C=0.7×150k×4.7μ≈0.5s因此，电路输出矩形脉冲的周期为T=tw1

6、＋tw2≈1s输出占空比为q=tw1/T≈50%2．计时控制部分：通过两片74LS161级联实现最大模值为256的加法计数功能，用低位片U2的输出口RCO控制高位片U3的使能端ENT，即低位片U2产生进位信号后高位片开始工作。由于主通路（东西向）交通灯时序为红灯30s、绿灯20s、黄灯5s，故此子系统应实现模30计数、模20计数和模5计数间的切换，亦即低位片模值为10—10—5的切换，高位片模值为3—2—0的切换。在具体电路实现过程中，采用74LS74芯片控制高位片的数据置入，并利用彩灯控制部分的输出控制低位片数据的置入。由于数字

7、显示部分要求倒计时显示，故置入数据时取数码管相应显示码值的反码，具体数据表格见数字显示部分。在此电路中，开关SW2、SW1分别控制高、低位片的强制置数，当SW2、SW1接低电平时，若SW3接高电平，高位片被强制置入数据1111，低位片通过彩灯控制部分的反馈信号被置入数据1011。此时，将SW2、SW1接高电平，计数开始，进入有效循环前5s的偏离态。当低位片进位后，高、低位片进位端均为1，U9A输出端为1，U6C、U6D输出端为0，即高、低位片LOAD端为0，实现置数功能。高位片置入数据为,，当高低位片同时产生进位信号，74LS74

8、产生上升沿，即每次倒计时完毕后进行置数。低位片置入数据由黄灯亮灭控制，当黄灯亮时置入数据为1011，黄灯灭时置入数据为0110。计时系统与东西向主通路交通灯亮灭情况真值表如下：低位片（U2）高位片（U3）彩灯D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3D0