电子科技大学电子技术应用实验交通控制灯.doc
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电子技术应用实验实验报告
电子科技大学
电子实验设计报告
课程名称电子技术应用实验
题目名称交通控制灯
学号
姓名
指导老师曾洁
起止时间
2015年12月20日
一、实验项目名称：
交通控制灯
实验内容：
设计并实现一个十字路口的交通控制灯电路。
具体要求为：
以4个红色指示灯、4个绿色指示灯和4个黄色指示灯模拟电路的东、南、西、北4个方向的红、绿、黄交通灯。
控制这些指示灯，使它们按下列规律亮和灭：
1.东、西方向绿灯亮，南、北方向红灯亮。
东、西方向通车，时间30秒；
2.东、西方向黄灯闪烁，南、北方向红灯亮，时间2秒；
3.东、西方向红灯亮，南、北方向绿灯亮，南、北方向通车，时间30秒；
4.东、西方向红灯亮，南、北方向黄灯闪烁，时间2秒；
5.返回1，继续运行。
设计提示：
（1）黄灯闪烁可通过连续亮0.5秒和灭0.5秒实现；
（2）设计中的时钟信号可由555多谐振荡器及分频电路产生。
实验内容及要求：
设计满足要求的电路,并在Multisim中进行电路连接、仿真和调试。
在实验报告中简要地说明实验原理，画出实验电路图，在实验报告相应位置附上实验中的仿真结果和波形。
二、实验时间计划表
主要任务
计划学时数
实际学时数
完成情况
提出方案
1
2
完成
搭建电路
3
5
完成
仿真完成报告
3
4
完成
三、方案论证
设计电路中，时钟信号由555多谐振荡器及分频电路产生，黄灯闪烁可通过连续亮0.5秒和灭0.5秒来实现，控制信号则由门电路产生，并在Multism中进行电路的连接、仿真和调试。
四、电路原理简介
交通灯系统框图由脉冲发生器、定时器、控制器、译码器和信号灯组成。
其中：
脉冲发生器提供时钟脉冲信号，定时器则分为30s定时器和2s定时器，且在计数满时向控制器分别发送计时信号X、Y。
当控制器收到X或Y信号时，控制器先产生状态信号S并传入定时器使其重置，然后控制译码器通过X或Y信号改变信号灯的颜色开关。
信号皆为高电平有效。
由题意可知有四个状态，分别设为：
S0：
东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。
东西方向通车。
S1：
东西方向黄灯闪烁，南北方向红灯亮。
S2：
东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，南北方向通车。
S3：
东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。
可得到下面交通控制灯的状态转移/输出表：
初态
Q1Q0
定时器信号输出
末态
Q1*Q0*
状态转移输出S
X
Y
00
0
0/1
00
0
00
1
0/1
01
1
01
0/1
0
01
0
01
0/1
1
11
1
11
0
0/1
11
0
11
1
0/1
10
1
10
0/1
0
10
0
10
0/1
1
00
1
采用D触发器输出，则得到转移方程：
Q1*=Q1’·Q0·Y+Q1·Q0+Q1·Q0’·Y’
Q0*=Q1’·Q0’·X+Q1’·Q0+Q1·Q0·X’
输出方程为：
S=Q1’·Q0’·X+Q1’·Q0·Y+Q1·Q0·X+Q1·Q0’·Y
若以E代表东西方向，S代表南北方向，R代表红灯，G代表绿灯，Y代表黄灯，00/01/11/10分别代表S0/S1/S2/S3,那么状态可化为：
00：
EG=1,SR=1
01：
EY=1,SR=1
11：
ER=1,SG=1
10：
ER=1,SY=1
故可得下面状态表：
状态/Q1Q0
EG
EY
ER
SG
SY
SR
00
1
0
0
0
0
1
01
0
1
0
0
0
1
11
0
0
1
1
0
0
10
0
0
1
0
1
0
可得：
五、单元电路设计
1.脉冲发生器电路
脉冲发生器为555构成的多谐振荡器，发出频率为1HZ的脉冲信号，可作为定时器和控制器D触发器的触发源。
2.定时器电路
定时器实际上是由74XX92和74XX90构成的一个计数器电路，可分别计数绿灯的30S或黄灯的2S时间。
其中，当三十进制计数器计数结束后，其进位信号X传递到控制器D0触发器作为初态。
而当二进制计数器结束后，其进位信号Y传递到控制器D1触发器作为初态。
3.控制器电路
由状态输出方程和转移方程得，可利用两个D触发器及门电路构成一个Mealy机，它的状态输出信号S反馈到定时器使其重置，而转移输出则使信号灯译码电路状态改变。
4.信号灯译码电路
由简单门电路构成，可根据控制器的输出Q1Q0从而改变信号灯开关情况，从而将数字信号译码为灯的亮灭。
六、总电路图
七、实验数据整理及结果分析
图1为东西方向通车结果图：
图1
图2为南北方向通车结果图：
图2
八、实验中遇到的问题及解决办法
1.刚开始电阻选为55、47KΩ时，时间非常快，后选择了15、68KΩ后，才符合题意。
2.用10.0版本Multism设计时，由于电脑兼容性问题，未能得到准确结果，后使用12.0版本，最终得到了准确答案。
九、实验结论
运用数电知识与本学期电子技术试验所学到的555多谐振荡器及计数器构成方法，能够成功设计电路。
同时由于555多谐振荡器和计数器电路可以产生任意周期及占空比的矩形波周期信号，所以根据输出与状态方程，可以由门电路构成简单译码电路实现信号灯的亮灭。
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