数字逻辑课程设计-交通灯设计报告[1]

设计报告
<一> 课程性质
数字逻辑课程设计
<二> 课程目的
训练学生综合地运用所学的《数字逻辑》的基本知识，使用电脑EWB仿真技术，独立完整地设计一定功能的电子电路，以及仿真和调试等的综合能力。

本次电脑仿真所用的软件版本为EWB Version
5.0c
<三>课程设计题目
题目:交通灯控制电路的设计
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。

2、在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，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（采用倒计时的方法）。

5、同步设置人行横道红、绿灯指示。

〈四〉设计原理与参考电路
1、分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。

它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。

2、信号灯转换器
两方向车道的交通灯的运行状态共有4种(因人行道的交通灯和车道的交通灯是同步的,所以暂时先不考虑)，如图1-2所示
信号灯状态与车道运行状态如下：
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
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 方案一：
若选集成计数器74163，74163是一个具有同步清零、同步置数、可保持状态不变的4位二进制同步加法计数器。

表1-1是它的状态表。

表1-2 状态编码与信号灯关系表
电路接法如下：
图1-3
方案二：
若选JK 触发器，设状态编码为：S0=00 S1=01 S2=11 S3=10，其输出为Q 1 Q 0，则其状态表为：
图1-4
对方案一和方案二进行比较，发现方案二无论是从原理还是从接法画线上，都是比较简单易懂，工作效率高，而且不容易出错。

故信号灯转换器选择方案二的接法，即用JK触发器进行信号灯的转换。

3、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。

计数器选用集成电路74190进行设计较简便。

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。

图1-5
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。

具体连接方法如图1-5所示。

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。

图1-6
预置数（即车的通行时间）功能：如图1-6所示，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）
图1-7
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1-7所示。

4、黄灯闪烁控制
要求黄灯每秒闪一次，即黄灯0.5秒亮，0.5秒灭，故用一个频率为2的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连进来，再接到黄灯。

5、整个交通灯控制系统的布局
图1-8
<五> 仿真过程与效果分析
1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器，10个交通灯。

但由于4个时间显示器是由同一个倒计时计数器控制，所以我在设计图1-8电路的过程中，为了简化电路使画图看起来更加清晰，就只接了1个时间显示器。

另外由于人行道的红绿灯跟车道的红绿灯是同步的，分别是：东西方向人行道的绿灯接车道的红灯，红灯接南北方向车道的红灯；南北方向人行道的绿灯接车道的红灯，红灯接东西方向车道的红灯。

所以在图1-8电路中就只接了6个灯。

2、为了使电路更加直观，我把计数器、信号灯灯转换器等放在一个名为main的子电路中。

然后再在子电路外面接输入端和输出端。

具体如图1-9所示：
图1-9
3、点击启动按钮，然后再打开总开关，便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为45秒，打开总开关，东西方向车道的绿灯亮，人行道的红灯亮；南北方向车道的红灯亮，人行道的绿灯亮。

时间显示器从预置的45秒，以每秒减1，减到数5时，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。

减到数1时，1秒后显示器又转换成预置的45秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红灯。

如此循环下去。

4、修改通车时间为其它的值再进行仿真（时间范围为6~98秒），效果同3一样，总开关一打开，东西方向车道的绿灯亮，时间倒计数5，车灯进行一次转换，到0秒时又进行转换，而且时间重置为预置的数值，如此循环。

<六>体会总结
1、通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，我总共想过两个方案，另一个方案弄了两天，结果总是实现不了题目的要求。

所以我又花了一天的时间做出这个方案，这个相对另一个方案比较简单，包括电路原理和连接，和芯片上的选择。

这个方案总共只用了四个芯片，分别为2 个74190计数器，2个JK触发器。

2、在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。

所以这几天不管是吃饭还是睡觉，脑子里总是想着如何解决这些问题，如何想出更好的连接方法。

不过说也奇怪，整天想着这些问题，脑子和身体却一点都不会觉得累。

或许是那种渴望得到知识的欲念把疲劳赶到九宵云外去了吧！
3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。