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1、黑龙江工业学院 数字电子技术课程设计报告 院 系：电气与信息工程系 专业班级：14 电气本八 姓 名：耿振学 号：04991408005 指导教师：黄睿 报告成绩：1.设计目的为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通 信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示 停车；绿灯（G）亮表示允许通行。设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路 上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒；要求黄灯先亮5秒，才能变换 运行车道；黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次2.设计任务要求要求东西方向的红、黄、绿灯和南北方向的红、黄、绿灯按照上面的
2、工作 时序进行工作，黄灯亮时应为闪烁状态； 1）南北和东西车辆交替进行，各通行时间 24 秒2）每次绿灯变红灯时，黄灯先闪烁 4 秒，才可以变换运行方向3）十字路口要有数字显示作为时间提示，以倒计时按照时序要求进行显示 4）可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀状态（选作：通行时间和黄灯闪亮时间可以在 0-99秒内任意设）3.设计方案选取与论证依据功能要求，交通灯控制系统应主要由秒脉冲信号发生器、倒计时计数 器电路和信号灯转换器组成，原理框图如图 1 所示。秒脉冲信号发生器是该系 统中倒计时计数电路和黄灯闪烁点控制电路的标准时钟信号源。倒计时计数器GyR白天工作模式图秒脉冲 白天工信号指示灯白
3、天工作流程图夜晚工作模南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，各20秒。G夜间工作模式（2）东西南北各方向黄灯亮 下图所示：输出两组驱动信号T5和TO，分别为黄灯闪烁和变换为红灯的控制信号，这两个 信号经信号灯转换器控制信号灯工作。倒计时计数电路是系统的主要部分，由 它控制信号灯转换器的工作。且每秒闪动一次，其他灯不亮。:因此总设计图如南北方向黄灯闪亮4秒，东西方向红灯亮4秒。、嗇、n、向绿灯I号喙20秒。般向仁秒西方产生电路生电路的功能是产生标准秒脉冲信号，主要由振统荡器 计时器的核灯，亮振荡器的稳定黄灯闪亮率的进度决定了 英晶体振荡电路或计数器定时器与RC组成的多谐振荡卡秒脉冲产生电路的功能 成。
4、振 确度，辰荡器是计可由石英晶体振荡电路或51T器和分频器组计时器的准荡器构成。一般工作方式控制开关分频器秒脉冲产生电路来说，振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大，故在设计 时，一定根据需要设计出最佳电路。石英晶体振荡器具有频率准确、振荡稳 定、温度系数小的特点，但如果精度要求不高的时候可以采用555构成的多谐 振荡器。振荡周期与频率的计算公式为：T=(R+2R)Cln2=0.7(R+2R)C,电源电压为1 2 1 2Vcc=12V,其中电路图中C的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响，课程设计1中要求输出T=1S，选取电容为C=10nF, R=28.86MQ，根据振荡周期计算，选
5、择1电阻R=57.72MQ。用multisim进行仿真，仿真图如图所示：2555构成的多谐振荡器此电路就可以产生脉冲频率为1赫兹的脉冲。 以下对555定时器进行简介：NE555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路， 在很多电子产品中都有应用。NE555的作用是用内部定时器来构成时基电路，给其 他的电路提供时序脉冲。555定时器内部逻辑电路信号灯转化器信号灯状态与车道运行状态如下：SO:东西方向车道的绿灯亮，车道通行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止 通行；S1:东西方向车道的黄灯亮，车道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止 通行；S2:东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南
6、北方向车道的绿灯亮，车道 通行；S3：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车 道缓行。用以下6个符号来分别代表东西（A）、南北（B）方向上个灯的状态：GA=1: 东西方向车道绿灯亮；YA=1 :东西方向车道黄灯亮；RA=1 :东西方向车道红灯亮；GB=1 :南北方向车道绿灯亮；YB=1 :南北方向车道黄灯亮；RB=1 :南北方向车道红灯亮。实现信号灯的转换有多种方法，现采用比较典型的方法进行设计，实现信 号灯的转换工作。若选用JK触发器，则原理如下。JK触发器设状态编码为S0=00,S1=01,S2=11,S3=10,其输出为QI, Q2，则其与信号灯 状态关系如表31所
7、示。状态编码与信号灯关系表现态次态输出Q0Q0*GAYARAQ1Q1*GBYBRBO0100O100101010可以得出信号灯状态的逻辑表达式：GA =Q1Q0 YA =Q1Q0 RA =Q1GB =Q1Q0 YB =Q1Q0 RB=Q1JK触发器的输出状态是与J输入端的状态相同的，同时分析表3-1,触发器 0的现态与触发器1的次态相同，触发器1的现态与触发器0的次态相反，因此 可以将触发器0的输出端Q、Q（现态）分别接触发器1的J、K输入端（次态）， 触发器1的输出端Q、Q（现态）分别接触发器0的K、J端（次态），取触发 器0为、触发器1为，连接后的电路如下图所示：JK触发器连接的电路倒计时
8、计数器 十字路口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们更直观的把握时间。具 体工作方式为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1，计数方 式工作，直至减到数位“4”和“0”。十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作 循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。在倒计时过程中计数器还向信号 灯转换器供模4的定时信号T4和模0的定时信号T0,用以控制黄灯的闪烁和黄 灯向红灯的变换。倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输 出值。根据要求，采用两片74190芯片构成计数器，因为74190是十进制同步可逆 计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。采用两片74190芯片可设计成
9、0099的百进制计数器，再根据线路连接的改变将其连接成24进制计数器。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QD、QC、QB、QA的输出数据 间接实现清零功能。 其功能表如下图所示：表3-2 74190的功能表CTEND/UCLK LOAD AQDB CDQAQBQCx0xx xxABCD01 t 1 xx xx减计数00t1XX XX加计数1XX1XX XX00 00要实现24s的倒计时，需选用两个74190芯片级联成一个从99到00的计数 器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器，再把个位数74190芯 片输出端QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端
10、。当个位数 减到0时，再减1就会变成9, 0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0 变为1,把QA、QD起来接在十位数74190芯片的CLK端，此时会给十位数74190 芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。则又74190芯片的功能性质可知，当个位 数74190的C管脚和十位数74190的B管脚同时置1，CTEN端接低电频，加/减 计数控制端D/U接高电频实现减计数，预置端LOAD接高电频时计数，接低电频 时预置数。因此，工作开始时，LOAD为0,计数器预置数，置完数后，LOAD变 为1,计数器开始倒计时，当倒计时减为00时，LOAD又变为0,计数器又预置 数，如此循环下去。则连接后
11、的电路如下图所示：倒计时计数器电路 倒计时计数器与信号灯转化器的连接 倒计时计数器向信号灯转换器提供定时信号T4和定时信号T0以实现信号灯的转 换。TO表示倒计时减到数“00”时（即绿灯的预置时间，因为到“00”时，计 数器重新置数），此时给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向 的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把个位、十位计数器的输出端QA、 QB、QC、QD分别用一个4输入或非门连起来，再把这两个4输入或非门的输出 用一个与门连起来。T4表示倒计时减到数“04”时，给信号灯转换器一个脉 冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯不变。接法为：当减到数为“04”（0000 0
12、100）时，把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD用一个4输入 或非门连起来，个位计数器的输出端QB、QD用一个两输入或非门连起来，再把 这两个或非门与个位计数器的的输出端QA、QC用一个4输入与门连接起来。 最后将T4和T0两个定时信号用或门连接接入信号灯转换器的时钟端。则连接图 如下图所示：交通灯信号控制器电路图黄灯闪烁控制赫兹的多谐振荡器。 白天夜间模式的转换 根据任务书的要求，要用一个手动开关来控制白天模式与晚上模式的改 变。由经过修改之后的组合逻辑电路输出与输入的表达式可以看出，白天与夜 间模式的转换由单刀双掷开关与与门或或门控制。当开关接上边时为白天工作 模式，开关接地时为夜晚
13、工作模式。则电路连接如下图 3-5 所示： 白天夜间的切换开关在实际生活中，手动开关电路毕竟不方便，因此实际应用中可设计自动开 关电路。用光敏电阻或光敏二极管、光敏三极管组成光亮度检测电路，光亮度 检测电路检测的电信号送入滞回电压比较器，滞回电压比较器根据光亮度输出 高低电平信号，这个信号经延时电路后（可用单稳态电路实现），作为白天与夜 间的自动转换开关。这样当天黑以后经一段延时，系统自动转成夜间工作方 式。第二天天量后经一段延时，系统自动转换成白天工作方式。在本次课程设 计中选择使用手动切换白天与夜晚模式的选择。四仿真过程及仿真结果白天工作模式交通灯从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南
14、北方向绿灯亮时， 东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时， 东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。信号灯采用红、绿、 黄发光二灯模拟。在实际电路中，开关J2和J7闭合，使个位74190的C管脚接高电平，A、B、 D接低电平；十位74190的B管脚接高电平，A、C、D接低电平，并且白天夜间 的切换开关不接地。计数器的开关如下图所示：置数法的开关连接方法白天的工作状态结果如下图3-7所示：白天工作状态夜间工作模式南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次，其它灯不亮，将设置的手动开 关，拨动到接地状态。电路图工作结果如下图3-7所示：夜间工作状态仿真电路图五.结论
15、故障分析及总结经过一周的努力，我终于完成关于交通灯控制电路的电子课程设计，通过一周不断的查各种资料让我积累了许多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技 术，以及数字电路的知识和有关器件的应用，我深刻体会到了数子电路技术对当 今现代社会的重要性。 经过这次设计，我学会了很多的东西，学会了，构想及 如何思考，怎样把计划付诸于实际行动之中。同时与社会的不断高速发展的步伐 相比，我认识到自己所学的知识和技能还远远不足，有些实际性的问题还不能够 解决，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解决实际问题的能 力，缺少高效利用及筛选大量资料的能力，缺少应有的团队合作精神，有待进一 步提高，我应当学好自己的专业知识以适应不断发展的社会。在这次课程设计中，我学会了如何有效的利用网络资源，找到了几个 很不错的专业网站，为以后的查阅专业方面的信息和相互之间的交流打下了坚 实的基础，学会了如何看电路图，识别电路图，提高了自己的专业技能，同时 也培
