74LS190交通灯控制电路的设计与仿真课程设计

目录

一、课程设计时间 (1)

二、课程设计题目 (1)

三、设计任务、要求及器件 (1)

四、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

数码管脉冲源

逻辑与门

逻辑或门

灯

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、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（QA－QD）均为低电平。当工作方式控制端（S0、S1）均为高电平时，在时钟（CLOCK）上升沿作用下，并行数据（A－D）被送入相应的输出端QA－QD。此时串行数据（DSR、DSL）被禁止。当S0 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S0 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S0 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S0 和S1 才可改变。

引出端符号：

CLOCK 时钟输入端CLEAR 清除端（低电平有效）

A－D 并行数据输入端DSL 左移串行数据输入端

DSR 右移串行数据输入端S0、S1 工作方式控制端

QA－QD 输出端

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：

D 触发器 Q →1S Q →0S ，这样做到触发器“0”态194右移。

74194与D 触发器的D R 端连接置零信号，作启动作用。L 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：

R S =A B Q Q =A B Q Q

D =B Q Q +C Q

2、减数器电路及原理

另外用到的芯片是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~A D Q Q 即可预置成与输入端A~D 相一致的状态。

引出端符号：

~A D Q Q 并行数据输出端 CTEN 使能端

A~D 数据输入端 LD 置数端

CLK 信号输入端 RCO 进位信号输出端

图二、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