通信工程交通信号灯课程设计实验.docx
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通信工程交通信号灯课程设计实验
青岛农业大学
理学与信息科学学院
数字电路课程设计报告
论文题目交通信号灯可动控制器
学生专业班级通信工程1001
学生姓名（学号）辛宾（20102932）
设计小组其他同学姓名（学号）宋聪（20102865）
指导教师李霞
完成时间2012.12.02
实习地点信息楼机房
2012年12月02日
交通信号灯可动控制器
目录
一、课程设计目的及任务1
1．课程设计目的1
2．课程设计任务1
3．技术要求1
二、提出方案1
1、设计任务分析本实验的知识点为1
2、设计方案论证1
三、具体实现过程3
1、秒脉冲发生器3
2、状态译码器4
3、递减计时系统5
4、状态控制器6
四、电路总图8
五、实验心的8
六、参考文献………………………………………………………...10
一、课程设计目的及任务
课程设计目的：
1、巩固和加强《数字电子技术》课程的理论知识。
2、掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。
3、掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用EWB路仿真。
4、通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。
巩固所学知识，加强综合能力，提高实验技能，启发创新能力的效果
5、培养学生创新能力和创新思维。
让学生通过动手动脑解决实际问题，巩固课程中所学的理论知识和实验技能。
课程设计任务：
设计一个交通灯控制电路,实现对城市十字路口的交通灯控制。
技术要求为：
1、东西方向绿灯（EWG）亮70s,南北方向红灯亮（NSR）亮;
2、东西方向黄灯（EWY）亮5s,南北方向红灯亮（NSR）亮;
3、南北方向绿灯（NSG）亮70s,东西方向红灯亮EWR）亮
4、南北方向黄灯（NSY）亮5s,东西方向红灯亮（EWR）亮
二、提出方案
1、设计任务分析本实验的知识点为：
任意进制数加减计数器设计，触发器，555定时电路的工作原理以及基本控制逻辑电路的设计方法，参数计算和检测调试。
（1）秒振荡电路应能输出频率分别为为1H幅度为5V的时钟脉冲，为提高精度，可用555设计一个输出频率为1Hz的多谐振荡器。
（2）计数器电路应具有75秒倒计时功能，可以通过2片74LS190级联来实现。
（3）各个方向的倒计时显示可共用一套译码显示电路，只要用2个4输入的BCD_HEX数码管接74LS190的输出即可实现。
（4）主控制电路和信号灯译码驱动用各种门电路和JK触发器组成，应能实现计时电路的转换、各方向信号灯的控制。
2、设计方案论证：
1．系统工作流程图
根据设计要求，各信号灯工作顺序流程如图2，信号灯四种不同状态分别用S0（主干道绿灯亮，支干道红灯亮），S1（主干道黄灯亮，支干道还是红灯），S2（主干道红灯亮，支干道绿灯亮），S3（主干道还红灯亮，支干道黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如图1-2所示。
：
图1-1系统工作流程
图1-2系统工作流程
2．系统硬件框图
硬件结构框图如图所示：
图1－2 硬件结构框图
根据上述流程图和状态转换图，我们可以用一个两位十进制计数器实现，通过译码器与显示电路相连。
由于Multisim带有不需要译码的4输入DCD_HEX数码管，为了简便，在仿真电路中直接使用DCD_HEX数码管，没有使用译码电路。
三、具体实现过程
1）秒脉冲发生器
秒振荡电路可由555多谐振荡器构成，参数计算如下：
取C2=10
F，要得到1HZ的方波信号，低电平时间T2=0.5S，高电平时间T1=0.5S
由（R1+2R2）C*0.69=T，T1=（R1+R2）*C*0.69，T2=R2*0.69*C，
得：
R2=72.4k，R1=0，在仿真时，为了便于观察，可以缩短周期，这里取R2=724，R1=1得到的近似为1HZ的方波。
得到的1HZ的方波的作用：
（1）为黄灯提供一个脉冲，当黄灯亮时能够产生周期为1S的闪烁效果。
（2）为74190N计数器（数码管个位）CLX端口提供一个递减时间间隔为1S的脉冲。
2）状态译码器
电路图如下：
该电路中两个JK触发器的工作原理：
当触发信号传过来时，为1时保持，当传过来时是一个下降沿，取反。
U3，U4，U5，U6，U7，U8来实现6盏灯的亮灭，6盏灯控函数真值表如下：
由真值表得灯控函数逻辑表达式
R=NOT
，Y=
ANDNOT
，G=
AND
r=
，y=NOT
ANDNOT
，g=
ANDNOT
Y和y的控制信号在输入之前与时钟信号进行一下与操作，从而实现了黄灯闪烁的效果。
3）递减计时系统
计数器选用集成电路74190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。
74190功能表如下表所示：
信号灯递减计数器电路图
选用两片74190时间控制可逆计数器，两片计数器之间采用异步级连方式，利用个位计数器的借位输出脉冲直接作为十进制计数器的计数脉冲，个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。
当个位74190的CLK接受来秒脉冲发生器的脉冲输出时，个位74190的置数并开始减法计数和控制信号灯的状态。
当个位减法计数器出现借位时就会给clk十位74190一个脉冲，十位74190就减一，两个减法计数器的计数值译码后实时显示在数码管上。
两个译码器通过控制电路控制JK触发器的脉冲输入端在四种状态间循环，并通过状态译码电路实时控制主干道和支干道的红绿灯变换，实现电路的功能要求。
两个减法计数器同时减到0时，用一组或门电路和秒脉冲控制使两个计数器重新置数（十位置7，个位置5），从而控制电路的状态循环，及交通灯的循环。
该部分电路使用来判断数码管个位是不是5，从而整个电路当为05时，使
（2）产生一个下降沿。
4）状态控制器
相关波形如下图所示：
由流程图可见，系统有4种不同的工作状态，状态编码分别为11、10、01、00，状态编码为两个下降沿触发的JK触发器74LS112的输出：
（2）和
（1）。
当为11时，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。
当为10时，东西方向黄灯闪，南北方向红灯亮。
当为01时，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。
当为00时，东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪。
JK触发器由
（1）
（2）时钟信号驱动，会循环的在这四种状态之间转换。
波形
（1）为
的时钟，波形
（2）为
的时钟，波形（方波）为555定时器得到的1HZ的时钟信号。
（1）信号的下降沿正好在第75个时钟处，
（2）信号的下降沿第一个在第70个时钟处，第二个在第75个时钟处。
这部分电路由纯粹的组合逻辑电路来实现，思路如下：
当两片192计数器的置数端都有效时（即输出为00），
的时钟信号为0，否则为1。
设计组合电路，判断当两片192的输出为05（即倒计时70秒）时，输出
为0，否则
为1。
这样得到了这样两个波形：
再把他们进行与操作，便可得到
的时钟信号。
和
的波形：
四、电路总图
（电路总图）
五、实验心的
为期一周的课程设计已经结束，但它给我带来的影响却远远没有结束。
通过这次课程设计我学到了很多平时课本上学不到的知识，像 用如何使用Multisim软件以及遇到了问题该怎么处理（如按照电路图连接电路并运行。
上电以后，由于系统默认仿真时间比较慢，数码管显示更新比较慢，调整系统仿真时间，在Simulate->InteractiveSimulationSetting中，调整Maximuntimestep，直到得到比较好的显示效果。
也可以通过成倍的减小555的参数来调整时钟信号，从而得到比较好的显示效果）等。
通过这次课程设计我不仅从理论上了解了电子电路的制作流程还从实践中加强和锻炼了我的动手能力，我非常珍惜这次实习机会，也非常希望以后会有更多的这样的实习机会。
这次实习是巩固和运用《数字电子技术基础》中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用数字电路的一般设计方法，提高设计能力和动手能力，并在实践中求得理论知识的巩固。
通过这次交通灯的课程设计，使我得到了一次用所学知识、分析和设计电子电路来解决现实问题的机会。
通过实际应用以及大量的查阅资料使我对Multisim软件的使用有了一定的了解，为日后成为一名合格的应用型人才打下良好的基础。
在设计过程中，虽然对于理论知识有所了解，但是对于Multisim软件的使用，以及建立仿真不能得心应手，尤其在查错过程中，常出现选错参数，节点连错等问题。
通过这次实习我在软件的使用以及仿真过程认识到以下几点：
1．了解电路工作原理的情况下，要熟知各元器件功能，按照电路图组装电路，注意正负极，以及元器件的安装顺序。
2.连接电路时要选择正确的电路参数，避免出错。
3.测试电路时，必须要保证连线正确，才能打开电源。
4.修改电路，必须先把开关关上才能修改电路器件。
六、参考书目
（按“作者，书名，出版社，出版时间”格式逐一列出）
《数字电路实验与EDA技术》郭永贞主编东南大学出版社
《电子技术课程设计指导》彭介华主编高等教育出版社
《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编华中理工大学出版社
《数字电子技术基础》阎石主编高等教育出版社
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