数字电子技术课程设计交通灯Word格式.docx
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（1）两车道的运行状态共4种，如表2-1所示
控制器状态
信号灯状态
车道运行状态及时间
S0（00）
S1（01）
S2（11）
S3（10）
南北绿，东西红
南北黄，东西红
南北红，东西绿
南北红，东西黄
南北通行，东西禁止通行（5t）
南北缓行，东西禁止通行（t）
南北禁止通行，东西通行（5t）
南北禁止通行，东西缓行（t）
表2-1控制器工作状态及其功能
表中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR,NSY,NSG;
东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR,EWY,EWG。
它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；
南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；
南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。
应满足两个方向的工作时序，即东西方向亮红灯的时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和。
同理，南北方向亮红灯的时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。
本方案取时间t=5s，则南北、东西方向亮绿、黄、红灯时间分别为25s、5s、30s。
其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。
（2）十字路口要有数字显示作为时间提示，以方便人们更直观地把握时间。
具体应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，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。
例如当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为30，并使计数器开始减“1”计数。
当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显示应为5，当减到“0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；
同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为30。
时序工作流程图如图2-2所示：
图2-2
（3）时标直接由集成的时钟信号源提供1s的单位秒脉冲；
倒计时器由4块74LS192两两组合，分别记录南北、东西方向的通行情况，数字显示由四块集成的4输入端数码管承担；
时间t=5s，有74LS161的五分频信号提供；
控制器由2块74LS194组成扭环行12进制计数器，提供红黄绿灯的控制信号，再由集成的虚拟交通灯模拟红黄绿的显示情况。
第三章单元电路设计
3.1时标电路
秒脉冲由如图3-1所示的集成时钟信号源提供，本方案信号源采用5V的电压，它是整个电路的基准时间信号，它的秒脉冲直接提供给分频器74LS161，并触发其工作。
图3-1
3.2分频电路
该分频电路为五分频，具体设计情况如图3-2所示：
图3-2
4位同步二进制计数器74LS161的封装及功能表见附录，将芯片的始能端ENP、ENT，清零端（低电平有效），电源端接5V（高电平），输出端QC五进制的进位端通过74LS04非门反馈给置数端LOAD（低电平有效），输入端A、B、C、D均接地（低电平），计数器从0开始计时，当计数到4时，输出端QC为1（高电平），此时置数端LOAD有效，输入端重新置为0，如此循环，计时器反复从0-4计五个数，该过程中CLK,QA,QB,QC的波形依次如图3-3所示：
图3-3
由波形图可知图3-2中的计数器是下降沿触发的，QB,QC均为五分频信号，本方案中选择QC信号并输入给下级的核心控制电路，作为74LS194的触发信号。
3.3核心控制电路及显示
控制电路部分由两块74LS194组成扭环行12进制计数器，然后经74LS04的非门与74LS08的与门译码，输出给十字路口南北、东西两个方向的信号灯，其中的黄灯信号与时标秒信号相与即可获得每秒闪亮一次的信号。
扭环行计数器的状态表如下所示
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
NSG
NSY
NSR
EWG
EWY
EWR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
根据状态表，可列出东西、南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式：
东西方向绿：
EWG=Q4·
Q5’
黄：
EWY=Q4’·
Q5（EWY’=EWY·
CP）
红：
EWR=Q5’
南北方向绿：
NSG=Q4’·
NSY=Q4·
Q5’（NSY’=NSY·
NSR=Q5
具体电路图3-4设计如图所示：
图3-4
74LS194四位双向移位寄存器的引脚与功能表见附录，将其中一片74LS194的QD接至另一片的SR，将另一片的QA接到这片的SL，同时把两片的S1、S0、CLK和~CLR分别并联即可变成8位的双向移位寄存器，如上图所示电路只采用右移功能，故只将左边的74LS194的QD接至右边的SR，再降右边输出端的QB接方向器非门反馈给左边的SR，作为右移的输入信号，从而行成扭环12进制计数器，另上图两片74LS194输出端的QA、QB、QC、QD从左至右分别为Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8。
按东西、南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式连接成上图所示电路的右边部分，黄灯闪亮则需将EWY和NSY分别与时标信号相与。
图中上面的交通灯模拟东西方向，下面的则模拟南北方向。
另外，S0、~CLR接高电平，S1接低电平，CLK接上级的五分频信号。
并将东西、南北方向的黄灯信号与时标秒脉冲相与（EWY’=EWY·
CP和NSY’=NSY·
CP）的反向信号分别输出给下级南北、东西方向倒计时器的置数端，东西、南北反向的红灯信号和时标秒脉冲的与信号分别输出给下级南北、东西方向倒计时器，作为触发信号。
3.4倒计时显示电路
电路具体设计如图3-5所示，左边两块74LS192和集成数码管记录和显示南北方向红灯亮的时间，右边两块74LS192和集成数码管记录和显示东西方向红灯亮的时间。
将低位74LS192的借位输出端（~BO）和进位输出端（~CO）分别接至高位的减计数时钟输入端（DOWN）和加计数时钟输入端（UP），组成两位十进制计数器。
本计数器用来倒计时，将减计数时钟输入端（DOWN），接上级相应控制电路红灯信号和时标秒脉冲的与信号，低位的加计数时钟输入端（UP）接5V的高电平，置数端接上级相应控制电路黄灯信号与时标秒脉冲相与的反向信号，置数输入端都置成30，异步清零（CLR）接地（低电平）。
图3-5
第四章电路总图
第五章元件清单
第六章接线与调试
画好电路原理图已经是件不易的事了，然接下来的接线与调试也决不是易事。
先是按原理图领实验箱、接线图和必需芯片，领芯片的时候就出洋相了，和很多一样每个门电路都写一块芯片，实验室的老师开玩笑道：
这拿完家底都不够呢！
接着就是和同组的同学接线，反反复复接了两三次，一连也接了两三天。
接线绝对是个技术活，一是要对实验箱的各个必需的模块有个大致了解。
如电路板的等位点的分布，实验箱的开关按钮的用法，这是每组都需清楚的，我们这次做的课题是交通灯，那么数码管、模拟交通灯也是必需要了解的。
二是把线插稳、芯片插好，就一般的直直的插进去很容易脱落，所以插时用镊子将线头做适当的弯曲是必要的，芯片是要先对准孔再插，用力不能过大，不然容易损坏引脚。
三是了解芯片的管脚排列，同学们这次用的芯片型号多种，但引脚数目只有两种，即14和16。
每块芯片都有个缺口，14引脚的芯片从的下方第一个引脚开始编号依次为1、2、3、4、5、6、7，上方从远离缺口的那个引脚开始依次为8、9、10、11、12、13、14。
16引脚的芯片排列同理。
还有个相似的地方，即缺口上方的16号和14号引脚都是芯片的电源端，缺口下方最后的8号和7号引脚都是芯片的接地端。
其他的引脚则多少有些不同了，然有点芯片引脚间还是有些规律性的排列的，如门电路芯片。
接线时原理图中芯片上的编号与实物的芯片编号是一一对应的，接线时明白这一点很重要。
最后是查错与调试电路，电路可以分模块调试，如交通灯，我们接好倒计时与其显示电路后，将置数端接地，检验其置数功能。
接完整个线路后，通电播通开关，即可调试整个电路了，若没达到理想的结果，可以照着电路图一个引脚一个引脚的查错，错线改正，缺线补上。
原理图的实现，需要正确的接线，当然要是有个清晰简明的原理图也会事半功倍。
第七章心得体会
两周的课程设计，不知不觉中到了该划句号的时候了。
从开始接课题，到设计图纸，到接线实物。
一步一个脚印，现在想想仍是那么清晰可见。
头个星期一班长就把我们组召集来见老师，老师很帅气。
他就给我们布置了两个课题数字钟和交通灯，两人一组，自选课题。
听老师的口气数字钟是要复杂些的，心里默叨：
我要挑战数字钟。
接下来两三天都过去了，图纸还没敲定，武断换了自认为容易的交通灯。
事后，对这个决定遗憾过，但我不后悔，更没再放弃。
实际上的交通灯也没想象中的简单，回想那些日子的坚韧，就算再怎么搞不出图纸，也没再轻易放弃。
而是，看参考书目，读人家课设报告。
最后，敲定书上的一个交通灯案例，借它的思路，用自己手头拥有的芯片，模块化设计，实现交通灯的功能。
事实证明：
我对了。
接线的调试，图纸的实现，也不是个轻易活。
按调试好的图纸接线，和组员合作，我念线头他插接，每每到了最后的几条接线时，心跳加快，呼吸急促。
不禁问：
期待的结果会出现不，等待结果的时分是那么地让人激动不已啊！
第八章附录
芯片引脚与功能表
4位同步二进制计数器74LS161的引脚及功能表
输入
输出
CR
CP
LD
CEP
CET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
Ф
1
↓
d
c
b
a
↓
状态码加1
双向移位寄存器74LS194的引脚与功能表
双时钟十进制同步加/减计数器74LS192引脚图与功能表
参考文献
《数字电路与可编程技术实验教程》/吴俊鹏，孟昭林，附小晶主编—哈尔滨：
哈尔滨工程大学出版社，2007.3
《电子技术基础实验与仿真》/孙胜麟，郭照南主编—长沙：
中南大学出版社，2008.10
《数字电子技术基础》/阎石主编；
清华大学电子学教研组编.-5版.-北京：
高等教育出版社，2006.5（2010重印）
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