1、課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目十字路口自動(dòng)紅綠燈指揮系統(tǒng)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師2015 年 7月 30日目錄一、主要指標(biāo)及要求1二、方案選擇1三、工作原理分析1四、單元模塊設(shè)計(jì)及分析24.1 時(shí)鐘信號(hào)脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì) 24.2 定時(shí)器設(shè)計(jì)44.3 延時(shí)電路設(shè)計(jì)54.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)64.5 置數(shù)組合邏輯設(shè)計(jì) 7五、總電路圖9六、設(shè)計(jì)心得9七、參考文獻(xiàn)10十字路口自動(dòng)紅綠燈指揮系統(tǒng)班級(jí)：指導(dǎo)老師：學(xué)生：學(xué)號(hào)：一、主要指標(biāo)及要求1 .自動(dòng)完成綠一黃一紅一綠一工作循環(huán)；2 .每種信號(hào)燈亮的時(shí)間不等，如：綠或T亮20秒黃燈亮5秒紅燈亮15秒， 如此循環(huán)；3 .用倒計(jì)時(shí)的方法，數(shù)字顯示當(dāng)前信號(hào)的剩余時(shí)間，提

2、醒行人和司機(jī)；4 .(*) 信號(hào)燈的時(shí)間分別可調(diào)，以適應(yīng)不同路口，不同路段交通流量的 需求。二、方案選擇三、工作原理分析本電路分為五個(gè)模塊，即時(shí)鐘信號(hào)脈沖發(fā)生器、定時(shí)器、延時(shí)電路、狀態(tài)轉(zhuǎn) 換電路、置數(shù)組合邏輯電路。其中由555定時(shí)器組成的時(shí)鐘信號(hào)脈沖發(fā)生器為由 兩片74LS192計(jì)數(shù)器組成的定時(shí)器電路提供1Hz的脈沖信號(hào)，使計(jì)時(shí)器能夠正常 計(jì)數(shù)。由三片雙四選一數(shù)據(jù)選擇器組成的置數(shù)組合邏輯電路分別為計(jì)數(shù)器置 19s、4s、14s和0s等不同的數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)歸零時(shí)，計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)使雙 D觸發(fā) 器的狀態(tài)發(fā)生跳轉(zhuǎn)，同時(shí)控制著綠黃紅燈的亮滅，使得綠黃紅燈亮?xí)r，定時(shí)器分 別置19s、4s、14s。延時(shí)電路起

3、到延時(shí)作用，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)歸零時(shí)，溢出信號(hào) 通過延時(shí)電路先使觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)， 再加載LD信號(hào)，使計(jì)數(shù)器置一個(gè)新數(shù)。 四、單元模塊設(shè)計(jì)及分析4.1 時(shí)鐘信號(hào)脈沖發(fā)生器時(shí)鐘信號(hào)脈沖發(fā)生器選用555定時(shí)器主要用來(lái)產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)的 頻率可調(diào)，所以可以采用555組成多諧振蕩器，其輸出脈沖作為下一級(jí)的時(shí)鐘信 號(hào)。555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在516V工作，最大負(fù)載電流可達(dá) 200mA 555定時(shí)器成本 低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555定時(shí)器構(gòu)成多諧振

4、蕩器，組成信號(hào)產(chǎn)生電路 接通電源后，VCC!過電阻 R1、R2給電容C充電，充電時(shí)間常數(shù)為(R1+R2,電容上的電壓vC按指數(shù)規(guī)律 上升，當(dāng)上升到VREF1=2VCC/時(shí)，比較器C1輸出高電平，C2輸出低電平，RS=10觸發(fā)器被復(fù)位，放電管T28導(dǎo)通，此時(shí)v0輸出低電平，電容C開始通過R2放電, 放電時(shí)間常數(shù)約為R2C vC下降，當(dāng)下降到 VREF2=VCC/時(shí)，比較器C1輸出低 電平，C2輸出高電平，RS=01,觸發(fā)器被置位，放電管T28截止，v0輸出高電平， 電容C又開始充電，當(dāng)vC上升到時(shí)VREF1=2VCC/3觸發(fā)器又開始翻轉(zhuǎn)。如此周 而復(fù)始，輸出矩形脈沖。其電路原理圖如下：電路的振蕩

5、周期為：振蕩頻率為脈沖的占空比為：要產(chǎn)生1Hz的脈沖信號(hào)，選取電路參數(shù)Ri R2 10k , Ci 47 F ,C2 0.01 F,代入公式得：f 1Hz,T is。下圖是輸出端out接示波器后的仿真波形圖：4.2 定時(shí)器定時(shí)器選用可逆計(jì)數(shù)器74192,置數(shù)組合邏輯為定時(shí)器提供19、4、14秒的 定時(shí)信號(hào)分別控制控制器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，當(dāng)?shù)褂?jì)數(shù)到零時(shí)，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的回零信號(hào) B0提供給雙D觸發(fā)器的CLK端，使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而使不同顏色交通燈狀態(tài)發(fā) 生跳轉(zhuǎn)。計(jì)數(shù)器由兩片74192構(gòu)成，由雙D觸發(fā)器的輸出QQ決定預(yù)置時(shí)間， QQ=00時(shí)，預(yù)置時(shí)間為19秒，QQ=01時(shí)，預(yù)置時(shí)間為4秒，QQ=10時(shí)，預(yù)置

6、時(shí)間為14秒,Q1Q0為11時(shí)，預(yù)置時(shí)間為0。第一片74192控制十位數(shù)字，第二 片74192控制個(gè)位數(shù)字，由于進(jìn)行的是減法計(jì)數(shù)，所以 CLK端接地，兩個(gè)由端 和兩個(gè)CPU端均接高電平，低位的CP端接555定時(shí)器的輸出脈沖信號(hào)，每當(dāng)上 開沿到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器記一次數(shù)；低位的 前端與高位的CPD端相連，當(dāng)?shù)臀坏挠?jì)數(shù) 器計(jì)到零時(shí)，高位計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)最高位的 Q計(jì)到零時(shí)，將它與LD端通過 一個(gè)非門相連，使 而端變?yōu)楦唠娖?，從而重新?jì)數(shù)。定時(shí)器選用的是74LS192,74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘 輸入，并具有消除和置數(shù)等功能，具引腳排列圖及功能表如下：RLDCPUCPd功能HXX

7、X復(fù)位LLXXLHTH加計(jì)數(shù)LHHT減計(jì)數(shù)74LS192功能表16 |15 | | 14| | 13| | 12| | 11 | |10| | 9Vcc A R BO CO LD C D74LS192可逆雙時(shí)鐘BCDf數(shù)器BQbQaCP3CPuQc Qd GND121hihi|5ii6i_rvi_rv192為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器， 共有54192/74192, 54LS192/74LS192兩種線路結(jié)構(gòu)形式。其主要電特性的典型值如下：192 的清除端是異步的。當(dāng)清除端（LR）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPD CPU 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。192的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（LD）

8、為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP勺狀態(tài) 如何，輸出端（QgQ3即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（AD）相一致的狀態(tài)。192的計(jì)數(shù)是同步的，靠CPD CPU）時(shí)加在4個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPD CPU 上升沿作用下Q0>-Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng) 進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用 CP或CPU此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。4.3 延時(shí)電路倒計(jì)時(shí)歸零后，必須先使雙D觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，然后才能發(fā)出LD信 號(hào)，使計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)，所以必須讓溢出信號(hào) 前通過一個(gè)延時(shí)電路輸出給LD , 用可調(diào)的RC延時(shí)電路，既方便又簡(jiǎn)單。具體電路如下：4.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路由于有綠黃紅三種狀態(tài)，所以狀態(tài)轉(zhuǎn)換電

9、路選用雙 D觸發(fā)器，第一個(gè)觸發(fā)器 的CLK端接時(shí)鐘信號(hào)，第二個(gè)觸發(fā)器的CLK端接第一個(gè)觸發(fā)器的Q端，當(dāng)上升沿 到來(lái)時(shí)，觸發(fā)觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，但雙 D觸發(fā)器總共有4種狀態(tài)：00、01、10和11,其中00、01和10狀態(tài)分別控制綠燈、黃燈和紅燈，將11狀態(tài)設(shè)置為綠黃紅燈全滅，且置0秒，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下：燈狀態(tài)次態(tài)要置的數(shù)十位個(gè)位QQ*Q*QD1C1B1A1D0C0B0A0綠G00011900011001黃丫0110400000100紅R101114000101001100000000000由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可設(shè)計(jì)出控制綠黃紅燈亮滅的組合邏輯電路，具方程如下:G=Q1* Q。*Y=Q1* Q7*R=Q

10、1* Q0*觸發(fā)器次態(tài)Q1*、0*或曠 放 通過7408與門芯片和500 限流電阻與分別 于紅黃綠小燈相連，觸發(fā)器的Q1Q0端分別于置數(shù)組合邏輯的AB端相連，當(dāng)Q1Q0 為00, Q1* Q0*為01時(shí)，綠燈亮，且置19秒；當(dāng)Q1 Q0為01, Q1* Q0*為10 時(shí)，黃燈亮，且置4秒；當(dāng)Q1Q0為10,、1*、0*為11時(shí)，紅燈亮，且置14秒; 當(dāng)Q1Q0為11,、1*、0*為00時(shí)，綠黃紅燈全滅，且置 0秒。雙D觸發(fā)器74LS74及四二輸入與門7408的芯片引腳圖如下：狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路如下：4.5置數(shù)組合邏輯置數(shù)組合邏輯選用三片雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153,其中第一片74LS153 的1

11、Y端接高位74LS192的A端，控制十位數(shù)字；第二片 74LS153的1Y和2Y和 第三片74LS153的1Y和2Y分別接低位74LS192的A、R G D端，控制個(gè)位數(shù) 字，三片74LS153的A、B端連在一起，并分別與兩個(gè)觸發(fā)器的 Q端相連，每當(dāng) 觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，就置一個(gè)新的數(shù)，置數(shù)組合邏輯真值表如下：燈狀態(tài)次態(tài)要置的數(shù)十位個(gè)位QQQ* QD1C1B1A1D0C0B0A0綠G00011900011001黃丫0110400000100紅R101114000101001100000000000置數(shù)組合邏輯電路圖如下:雙4選1數(shù)據(jù)選擇器引腳圖如下：五、總電路圖六、設(shè)計(jì)心得對(duì)于此次課程設(shè)計(jì)，

12、總的來(lái)說(shuō)，我們成功了。我們小組三個(gè)人絞盡腦汁，同 心協(xié)力，共同完成了我們的課程設(shè)計(jì)。我們的設(shè)計(jì)共分設(shè)計(jì)仿真電路和實(shí)際電路 搭建兩部分。在設(shè)計(jì)仿真電路的過程中，我們采取一部分一部分的分析，查閱各種資料， 參考了許多相關(guān)書籍，可是還是遇上了不少困難，我們不僅要搞清楚各種芯片的 使用方法，還要考慮它們之間的連接能達(dá)到什么功能， 為了實(shí)現(xiàn)仿真，我們廢寢 忘食，我們通過在草稿紙上畫真值表、卡諾圖以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等來(lái)將功能要求表 示清楚，更加直觀方便。在最后連好總電路圖仿真的時(shí)候，基本功能可以實(shí)現(xiàn)了， 就是綠紅黃按相應(yīng)要求跳轉(zhuǎn)后，第四個(gè)空狀態(tài)不能置零，總是置成四秒，我們經(jīng) 過討論后加上了延時(shí)電路，然后電路就

13、正常了，仿真電路就此完成。在實(shí)際電路搭建的時(shí)候碰到的問題就更多了，由于電路連線較多，很容易連錯(cuò)，再加上實(shí)驗(yàn)電路箱和面包板以及芯片和線路接觸不良等問題，我們小心翼翼的連好了各部分電路，將各部分分開調(diào)試，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的數(shù)碼顯示管總是每隔2倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，而且計(jì)數(shù)不穩(wěn)定，我們仔細(xì)的檢查了電路連線，發(fā)現(xiàn)沒有錯(cuò)誤，我 們就懷疑是面包板的問題，所以我們換了面包板后，計(jì)數(shù)器就正常了，但是我們 調(diào)試了每個(gè)模塊都沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，把整個(gè)電路連起來(lái)功能總是實(shí)現(xiàn)不了， 我們很 是焦急，曾有放棄的想法，但是我們想了一會(huì)，決定換實(shí)驗(yàn)箱，將總的電路重新 連了一遍，可是這一次各個(gè)模塊的功能都實(shí)現(xiàn)不了了， 我們就立刻崩潰了，眼看 好多

14、同學(xué)已經(jīng)完成了，我們還看不到黎明的曙光在哪里， 頓時(shí)感覺成功已經(jīng)與我們告別了。 不過我們看到剩下的同學(xué)也都沒放棄， 我們頓時(shí)又激起了斗志， 我們不會(huì)被擊敗， 就算看不到希望也要堅(jiān)持走下去， 也許下一步我們就能看到希望的光芒。于是我們又重新連接電路，各個(gè)模塊好了，但總電路還是不行，此時(shí)我們發(fā)現(xiàn)我們用的一塊芯片型號(hào)與仿真的不同，我們嘗試換一個(gè)，頓時(shí)電路就好了，我們激動(dòng)地?zé)釡I盈眶， 幾天的不懈奮斗， 終于迎來(lái)了成功， 那天下午驗(yàn)收完回去的路上，感覺天真的好藍(lán)，這種感覺，真好。通過這次課程設(shè)計(jì)， 我們對(duì)數(shù)字電路有了更清晰的認(rèn)識(shí)， 我們明白了， 理論與實(shí)際總是有差距的， 在實(shí)際沒有證實(shí)前， 再好的理論它終究還是理論， 但是我們最大的收獲是體驗(yàn)了從失望到希望的過程， 堅(jiān)持到底， 我們總會(huì)成功， 人不能輕易言敗，堅(jiān)持不懈，永遠(yuǎn)抱有著希望，同時(shí)課程設(shè)計(jì)也是個(gè)需要耐心的事