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1、 数字逻辑电路设计课程设计报告系 （部）： 三系 专 业： 通信工程 班 级： 2011级班 姓 名： 陈 学 号： 201103061 成 绩： 指导老师： 李海霞 开课时间： 2012-2013 学年 二 学期数字电路课程设计交通灯一、设计题目 交通信号灯控制器二、主要内容1、 分析设计题目的具体要求2、 完成课题所要求的各个子功能的实现3、 用multisim软件完成题目的整体设计三、具体要求（一）、交通灯信号控制器仿真设计设计要求（1） 设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求东西方向和南北方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为35s。时间可设置修改。（2） 在绿灯转为
2、红灯时，要求黄灯先亮5s，才能变换运行车道。（3） 黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。（4） 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示。（5） 假定+5V电源给定。四、进度安排第一天：介绍所用仿真软件；布置任务，明确课程设计的完整功能和要求。第二天：消化课题，掌握设计要求，明确设计系统的全部功能，图书馆查阅资料。第三天：确定总体设计方案，画出系统的原理框图。第四天：绘制单元电路并对单元电路进行仿真。第五天：分析电路，对原设计电路不断修改，获得最佳设计方案。第六天：完成整体设计并仿真验证。 第七天：对课程设计进行现场运行检查并提问，给出实践操作成绩。第八天：完
3、成实践报告的撰写五、成绩评定课程设计成绩按优、良、中、及格、不及格评定，最终考核成绩由四部分组成：1、 理论设计方案，演示所设计成果，总成绩40；2、 设计报告，占总成绩30；3、 回答教师所提出的问题，占总成绩20；4、 考勤情况，占总成绩10；无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为0分，无故旷课三次总成绩为0分。迟到20分钟按旷课处理。目 录前 言51、总体设计思路、基本原理和框图61.1设计思路61.2设计原理和功能61.2.1基本功能61.3总体设计框图72、单元电路设计72.1各芯片的用法和功能72.1.1 555定时器72.1.2 74LS13882.1.3 74LS1
4、92102.1.4 74LS153112.2 单元模块122.2.1 秒脉冲信号发生器12 2.2.2 计时器132.2.3控制器142.2.4信号灯显示器162.2.5 总电路图173、电路仿真调试173.1计数器的仿真173.2控制显示器的仿真184、故障分析与电路改进214.1 故障分析和解决214.2电路改进225、总结236、心得体会247、元件清单258、参考文献25前 言现如今，随着人口和汽车的日益增长，城市交通日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用于十字路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通
5、事故。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。 自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基
6、础来实现设计交通控制信号灯。本实验设计目的是培养数字电路的能力，掌握交通信号灯控制电路的设计方法。1、总体设计思路、基本原理和框图1.1设计思路根据设计任务与要求, 系统由秒脉冲信号发生器、计数器、控制器、信号灯显示器四大部分组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时器向控制器发出两种定时信号，使相应的发光二极管发光。计数器在控制器的控制下，改变交通灯信号，产生倒计时时间显示，控制器根据计数器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。根据所学知识，秒脉冲信号发生器可由555定时器构成多谐振荡器实现，计数器可由74LS192实现，控制器可由D触发器实现。1.2
7、设计原理和功能甲车道和乙车道的十字路口交通灯系统，每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许车辆通行，红灯表示禁止通行，黄灯为过渡灯，表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆禁止通行。图1.11.2.1基本功能1.东西方向和南北方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为35s。时间可设置修改。2.在绿灯转为红灯时，黄灯先亮5s，才能变换运行车道。3.黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。4.东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示。1.3总体设计框图图1.3总设计框图2、单元电路设计2.1各芯片的用法和功能2
8、.1.1 555定时器555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或
9、接地，一般情况下接地。2脚：低触发端3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555
10、定时器的功能表如表所示清零端高触发端TH低触发端Q放电管T功能00导通直接清零101x保持上一状态保持上一状态1101截止置11001截止置11110导通清零表2.1.1图2.1.12.1.2 74LS138 74LS138为3 线8 线译码器，共有 54LS138和 74LS138 两种线路结构型式。工作原理1.当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。2.利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个
11、反相器还可级联扩展成 32 线译码器。3.若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。4.可用在8086的译码电路中，扩展内存。引脚功能如图图2.1.2A0A2：地址输入端STA（E1）：选通端/STB（/E2）、/STC（/E3）：选通端（低电平有效）/Y0/Y7：输出端（低电平有效）VCC：电源正GND：地真值表如表输入输出STA/STB/STCA2A1A0/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7HHHHHHHHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHH
12、HHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL表.1.22.1.3 74LS192具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图6所示。其中PL为置数端，CPu为加计数端，CPd为减计数端，TCu为非同步进位输出端，TCd为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，MR为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。图2.1.3 74LS192的引脚图及逻辑符号74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。其功能表如下： 输入 输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 0000 0 0 dcbadcba 0 1 1 加计数 0 1 1
