数字逻辑电路课程设计报告

计算机科学学院课程设计报告

课程数字电子技术（B）

题目交通灯控制电路

年级2007级

专业网络工程

学号 07066014学生凌秀裴任课教师汪红

2010 年9 月 3 日

课程设计

题目

交通灯控制电路

验收时间2010.9.9

验收

地点

9栋308

指导

教师

汪红

小组

成员

具体分工备注

凌秀

裴

本次课程设计为个人独立完成。

课题总体设计思想概述

十字路口的交通灯控制电路，要求东西方向车道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45秒。时间可设置修改。

这个方案主要由倒计时计数电路、信号灯转换器和秒脉冲信号发生器组成。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控制电路的标准时钟信号源，倒计时计数器输出两组驱动信号T5和T0，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。

功能图为：

秒脉

冲发

生器

倒

计

时

器

T5信

号

T0信

号

信号

灯转

换器

东西方向

信号灯

南北方向

信号灯

分课题

名称

倒计时计数电路，信号灯转换器，秒脉冲信号发生器

设计目的

通过综合地运用所学的《数字逻辑》的基本知识，独立完整地设计一定功能的交通灯控制的电子电路，并能够以仿真的形式显示出电路设计的结果。通过这个课程设计锻炼仿真和调试等的综合能力。

设计原理一．设计原理

通过秒脉冲发生器产生的脉冲来控制倒计时电路进行读秒的计时，倒计时电路会产生两个信号，分别表示两种不同的状态，这两个信号传递给信号灯转换器，信号灯转换器就根据所得到的信号完成东西和南北方向的交通灯的显示。

1.信号灯转换器

信号灯转换器会产生4种状态来指示东西和南北方向的交通：

S0: 东西方向车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行。

S1: 东西方向车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行。

S2：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；南北方向车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行。

S3: 东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；南北方向车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行。

电路信号和指示灯间的关系：

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，人行道绿灯亮；南北方向人行道红灯亮。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，人行道绿灯亮；东西方向人行道红灯亮。

设计原理2.倒计时计数器

十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：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，直至减到数为“５”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译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0。

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。

设计方案二．设计方案

1.信号灯转换器

对于本次的交通灯控制的设计，在信号灯的控制方面所选用的是JK 触发器。对于JK触发器，设置其状态码为：S0=00 S1=01 S2=11 S3=10 以Q1 Q0 作为输出，所输出的状态与交通灯之间的关系为：现态次态输出

Q1n Q0n Q1n+

1

Q0n+

1

Ga Ya Ra Gb Yb Rb 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1

0 1 1 1 0 1 0 0 0 1

1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0

电路连接如下：

设计方案2.倒计时计数器

计数器选用集成电路74190进行设计。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。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。

74190的状态表如下：

CTEN D/U CLK LOAD A B C D QA QB QC QD

0 X X 0 X X X X A B C D

0 1 POS 1 X X X X Count Down

0 0 POS 1 X X X X Count Up

1 X X X X X X X Qa0 Qb0 Qc0 Qd0

现选用两个74190芯片级联成一个从99倒计到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（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。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与起来接在十位数的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。

具体的设计如图：

设计方案

信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来，决定倒计时是置数，还是计数。工作开始时，LD为0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。

3.预置数功能

８个开关分别接十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。预置数的范围为6～98。假如把通行时间设为45秒，就像图１-5的接法，A接0，B接1，C接0，D接0，E接0，F接1，G接0，H接1。（接电源相当于接1，悬空相当于接０）。

向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0：

T0表示倒计时减到数“00”（也即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置数），T0=1，此时T0给译码器一个脉冲，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：把两个74190计数器的8个输出端用一个或非门连起来。

T5表示倒计时减到数“05”时。T5=1，此时T5给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯的不变。接法为：当减到数为“05”（0000 0101）时，把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、QD用一个或非门连起来，再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与门连接起来。

具体连接方法如图：