基于数电proteus的交通灯设计副本.docx
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基于数电proteus的交通灯设计副本
十字路口交通灯控制系统设计
本课题是基于数字电路关于交通灯控制电路的设计。
从课程设计的题目要求出发，设计了一个南北方向和东西方向十字路口的交通灯控制电路。
通灯控制电路采用74LS190可预置四位二进制双时钟可逆计数器实现计数功能，并通过一系列集成逻辑门电路芯片控制红绿灯的交替显示。
本交通灯控制电路系统是基于74LS190可预置四位二进制双时钟可逆计数器、74ls00二输入四与非门芯片、74ls04六反向器、74ls08二输入与门芯片、74ls32二输入或门芯片、74ls74双D锁存器、74ls47译码器等中小规模集成芯片，数码管显示器和绿黄红发光二极管指示灯所组成的电路，采用proteus软件进行电路仿真。
通过对各部分电路的分析设计，实现总体电路的功能。
由于不需要做实物才用了1HZ输出时钟脉冲信号（查了一些资料采用了555定时器）。
采用74LS190组成计数电路，通过一系列逻辑门电路实现红绿灯的交替显示。
按照课题的要求，用74LS190设计了倒计时电路，通过译码器连接数码管显示红绿灯的倒计时。
它的计时周期为24秒，南北及东西方向各车道通车12s。
本电路设计的优点是，用了尽量少的芯片实现了课题所要求的功能，既实现了红绿灯的指示，又以倒计时的方法对红绿灯的时间进行了显示。
一.设计的基本内容
1.1设计题目
十字路口交通灯控制设计
1.2设计任务
1.2.1设计任务及指标
（1）要求南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，各车道每次通行时间都设为12秒；
（2）东西方向、南北方向车道都有红、黄、绿灯指示，且用显示器进行显示允许通行或禁止通行剩余时间（采用倒计时的方法）；
（3）在允许通行剩余2秒时，绿灯转为黄灯，且要求黄灯闪烁，当黄灯转变为红灯时才能变换运行车道；
（4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；
1.2.2设计相关说明
所设计的交通路口为一十字路口是一南北和东西车道车流没有明显差别的路口，且不涉及左右转弯及人行道红绿灯问题。
二.设计方案
方案：
根据题目的要求南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，两车道均符值为12，也就是一个循环是24秒。
如此先显示12秒倒计时（对应绿灯，到了2秒时由绿灯转为黄灯）后显示12秒倒计时（由黄灯转为红灯），然后再显示30秒倒计时（由红灯转为绿灯，到了2秒时由绿灯转为黄灯）...以此类推。
由于南北方向的通行时间也就是支干道的禁行时间，所以两组数码管显示的倒计时是一样的，只需2个74ls47译码器即可
三.设计的基本思路和主要内容
设计基本思路
1.交通灯顺序工作流程
交通灯顺序工作流程
2.设计的主要内容
（1）．根据本课题设计要求分析并画出简易电路结构框图；
（2）.根据日常生活经验确定系统中交通灯的特点；
（3）.按照要求分析并设计电路，绘制电路原理图；
（4）.选定各部分集成电路元器件的类型；
（5）.利用proteus软件对所设计电路进行调试仿真；
四．元件及其简介
本课题主要由秒脉冲产生部分、计数电路、译码电路、数码管显示部分、状态控制电路、灯控电路和红绿灯显示部分组成，根据所要实现的功能及各元件参数，本课题主要用到1HE矩形波发生器、74LS1904位十进制同步减计数器、74ls1648位串入/并出移位寄存器74ls04六反相器芯片、74ls08二输入与门芯片、4位十进制同步减计数器74ls32二输入或门芯片、74ls74双D锁存器和74ls47译码器。
74LS190计数器74LS190计数器引脚图
74LS190是单时钟同步十进制加/减计数器，当U/D=0时做加法计数；当U/D=1时做减法计数。
它使用方便且功能稳定，因此在平时电路设计中得到了广泛应用。
引出端符号及功能：
MAX/MIN进位输出/错位输出端
CLK时钟输入端（上升沿有效）
CTEN计数控制端（低电平有效）
A～D并行数据输入端
LOAD异步并行置入控制端（低电平有效）
QA～QD输出端
~RCO并行波时钟输出端（低电平有效）
U/D加/减计数方式控制端
其功能如表2所示：
CLK
CTEN
LOAD
U/D
工作状态
*
1
1
*
保持
*
*
0
*
预置数
上升沿
0
1
0
加法计数
上升沿
0
1
1
减法计数
74LS190功能表
注：
此74ls190是基于Multisim软件的引脚图，其功能和proteus软件的一样。
74LS74D触发器
574LS7D触发器引脚图
在TTL电路中，比较典型的D触发器电路有74ls74。
74ls74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发D触发器电路。
每个触发器有数据输入（D）、置位输入（ST）复位输入（CR）、时钟输入（CLK）和数据输出（Q、~Q）。
CR、ST的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。
当CR、ST均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CLK上升沿作用下传送到输出端。
D触发器功能如表3所示：
输 入
输出
ST
CR
CLK
D
Qn＋1
Qn＋1
0
1
×
×
1
0
1
0
×
×
0
1
0
0
×
×
φ
φ
1
1
↑
1
1
0
1
1
↑
0
0
1
1
1
↓
×
Qn
Qn
74ls74功能表
4.474LS47四输入译码器
在数字显示电路中74ls47四输入译码器是一种普遍应用的译码器，经常与74LS190一起使用，它引脚功能易读，使用方便。
74LS47四输入译码器引脚图
4.5七段共阴极数码管
图7七段共阴极数码管引脚图
七段共阴极LED数码管是由7个条形发光二极管和一个小数点位构成，其引脚配置及内部结构，如图7所示。
从图中可以看出，其中7个发光二极管构成字形“8”，可以用来显示数字，另一个发光二极管构成小数点。
因此，这种数码管有时也被称为8段LED数码管显示器。
将七段共阴极LED数码管的管脚与7447四输入译码器管脚对应相连即可。
4.674LS08二输入端与门
74LS08二输入端与门引脚
Y=AB
4.774ls32二输入四或门芯片
74ls32二输入四或门芯片引脚图Y=A+B
4.974LS04六非门
74LS04六非门芯片引脚及功能示意图其功能是Y=~A。
五.交通灯电路设计计数电路
74ls190组成的计数电路
由于本课题设计的交通灯电路中两车道通行时间均为12秒，所以周期为24秒，但又由于两个半周期计时相同，因此只需要一个30进制计数器。
如图14所示，计时电路有两个74ls190组成，电路利用的是74ls190倒计数功能，因此将74ls190的5号引脚U/D接高电平，起始时将高位的预制数为1，低位的预制数为2；当地位减到0时将低位预制为9；当高位地位同时为0时，将高位预制为1，低位预制为2。
从74ls190的7623四个引脚输出的8421码可以与后面的数码显示电路和状态控制电路相连做后期处理。
译码和数码显示电路
译码及数码显示电路
译码及数码显示电路如图15所示，由于7447芯片价格低廉又完全满足实验需要，因此本课题选择7447芯片作为译码芯片，其中7447芯片的7126引脚分别与74ls190的3267引脚对应相连。
数码管选择七段共阴极数码管。
基于74LS164八位移位寄存器的交通灯控制器
夜间控制
打开夜间开关，黄灯不停地闪烁.
计数器每工作循环周期为12，所以选用12进制计数器。
计数用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。
这里可以选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。
扭环形计数器的状态表如表1所示。
根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式：
南北方向
东西方向
红
黄
绿
由于黄灯要求闪耀几次，所以用1Hz的标准脉冲和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。
表E-1状态表
T
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0Q1Q2Q3Q4Q5
NSGNSYNSR
EWGEWYEWR
0
000000
100
001
1
100000
100
001
2
110000
100
001
3
111000
100
001
4
111100
100
001
5
111110
0↑0
001
6
111111
001
100
7
011111
001
100
8
001111
001
100
9
000111
001
100
10
000011
001
100
11
000001
001
0↑0
注：
1.在灯控电路输入秒脉冲信号是为了在黄灯亮时使其闪烁以起到警示作用。
整体电路
交通灯整体电路
整体电路如图所示，此电路实现的功能：
两车道数码显示均为从12秒减到0秒，且两个12秒为一个周期，在前半个周期时东西方向为红灯，南北方向从12秒减到2秒之前为绿灯，从2秒减到0秒之前为黄灯，且黄灯每秒闪烁一次；后半个周期与前半个周期东西方向和南北方向现象相反。
将各部分完好的衔接在一起组成的整体电路，能够到达预期结果，完全符合设计要求.
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