《交通灯控制电路的设计与仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通灯控制电路的设计与仿真（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课程设计时二、课程设计题目 1三、设计任务、要求及器件1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
2、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BVCCGBAQACLKCTENRCOU/DyMAX/MINQCLOAEWCGNDE1E314413512.11iij874190dSRASIGN74194 c A PA c D K* c Q Q Q L 逻辑或门逻辑或门电平开关开关四、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、
3、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（QAQD）均为低电平。当工作方式控制端（SO、 S1）均为高电平时，在时钟（CLOCK）上升沿作用下，并行数据（AD）被送入相应的输 出端QAQD。此
4、时串行数据（DSR、DSL）被禁止。当SO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SO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SO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SO和S1才可改变。引出端符号：CLOCK时钟输入端AD并行数据输入端DSR右移串行数据输入端QAQD输出端CLEAR清除端（低电平有效）DSL左移串行数据输入端SO、S1工作方式控制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
5、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CLKQAQBQCQ（D触发器输出）SRD00000 （右移）1011000 （右移）0020100 （右移）0130011 （左移）任意140101 （左移）任意0D触发器Q f S1Q fS0，这样做到触发器“”态194右移。94与D触发器的Rd端连接置零信号，作启动作用。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：s = Q Q =Q QR A BA BD = Q Q + QBC2、减数器电路及原理另外用到
6、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Qa Qd即可预置成与输入端AD相-致的状态引出端符号：Q Q并行数据输出端 A DAD数据输入端CLK信号输入端CTEN 使能端LD置数端RCO 进位信号输出端74190犖 LILMIIF|_心nzzJiE16151413IF11Ub门E亡Cl CTENrIIFww辽血74L9016151415.D图
7、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
8、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
9、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
10、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D触发器 的工作，如此循环下去，通过开关来控制进制的转换；对于这路口的红灯用同样的方法接在 另外一组减数器上。对黄灯只需一片190就能完成它的进制要求，接法和两片类似。状态控 制器决定交通灯处于哪一个运行状态。从而使相应的交通灯点亮，并决定下一个状态的预置 电路该预置的绿灯和黄灯的预置值。状态控制电路是由寄存器74LS194来实现的。首先进行 置数。将1 （高电平）送给高位的Q，使绿灯1（亮）、黄灯0 （熄）、绿灯0 （熄），在当前状 态计时结束后，计数器置入下一个状态计数值并开始计数，如此循
11、环往复。红灯1、黄灯0、 绿灯0，红灯0、黄灯1、绿灯0，红灯0、黄灯0、绿灯1，两路口连接在一起的红灯和绿 灯显示时间同步，其他单元在状态控制电路的状态控制下有序的完成计时和计数转换。假定当前状态如红灯亮时，结果分析如下：将红灯的输入端接到计数器，对红灯的亮灯时间进行计数，然后显示输出。红灯熄灭时，数码管 LED 灭；红灯亮时，计时器开始倒计时， 计时器可以通过开关进行不同进制的转换，此时，另一路口的绿灯和现在的这红灯同步。当 计时递减到0 时，状态控制器进入下一个状态，控制黄灯亮起；黄灯熄灭之后到绿灯亮起， 和刚才的红灯一样的效果，但是进制可以调整成不一样；当红灯亮时，计数器、显示器执行
12、上述的功能，如此周而复始，完成交通灯的显示过程。74190CLRrVO2 SRABCD SLGMD74194CLKBVCCQBAQACLKCIEWR8U/KMftK/MINQCLOADQDCGMDDEVCCQBAQACLKCIEZR8U/KMftX/MIMQCLONTQDCGNDD74190红绿灯控制结构电賂EVOCQBAgCLKCfEKREu/irMftK/NINQCLOEQDCGNDB7419074190aEYOCQBAQBCLKcfer-ROOruzir nnMfiK/MIN I CATVucQDLUWJCGNDuBVCCQBAQACLK彳CrEWRO3fu/irHfiK/MINQCLO
13、WDQDCGMDDia111L五、设计中出现的问题在设计过程中出现的了较多的问题，但是在慢慢的查阅资料及和同学一起讨 论之后把各个问题顺利解决。例如设计过程中，在开始之前没好好看书及去查资料， 导致思路不清晰，以及 74190 芯片的功能不少很清楚，导致不能顺利将减数器接通。知道用 那个型号的芯片之后得了解器具体功能才能开始连接电路，不同的芯片可以用来实现不同的 功能，因此要在了解各芯片的具体功能之后才开始实施设计要求。在设计交通灯的减数器时，将计数器74LS190的低位的RC0没接到高位的CLK，结果 导致高位的数码管不显示，经过检查之后，解决了这一问题。接下来是减数器不能自动计数， 检查后结果发现是没将高位的输出信号返回给190的LOAD，将其用逻辑非门接回给芯片后, 减数器就顺利工作。对于进制的转换接触的电路没问题。在将往复循环电路与减计数构建在一起时出现的问题较多，开 始是交通灯无法顺利进行往复，发现原因是190输出的信号到194之间的线路出问题， 逻辑门使用的不合理导致结果出错，这是没能详细计算出现的错误，经过进一步的查看 及计算，最后顺利完
