数字电路课程设计--数字交通灯

数字电路课程设计--数字交通灯

2012

数字电路课程设计

题目：数字交通灯

学生姓名： 学 号： 院 （系）： 专 业： 指导教师： 年 5 月1

数字电路课程设计

目 录

一、设计目的 ................................................... 1 二、设计要求 ................................................... 1 三、设计方案 ................................................... 1 四、芯片介绍 ................................................... 2

1、NE555 ................................................ 2 2、CD4029 ............................................... 3 3、74LS47 ............................................... 3 4、74LS245 .............................................. 4 5、74LS00 ............................................... 5

五、单元模块 ................................................... 5

1、秒信号产生器 ......................................... 5 2、状态控制器 ........................................... 6 3、状态译码器 ........................................... 6 4、定时系统 ............................................. 8

六、调试要点 ................................................... 9 七、设计心得 .................................................. 10 参考文献资料 .................................................. 11

数字交通灯

一、设计目的

1．掌握时序逻辑电路的设计方法，灵活运用理论知识。 2．提高学生的数字系统设计能力和实际动手能力。

3．进一步了解如何将数字电路设计应用到自动控制系统中，从而提高解决实际问题的能力。

4．为学习和使用计算机打下良好的基础。

二、设计要求

十字交叉路口在城市，特别是在大中城市可谓星罗棋布。为确保车辆安 全通过，行人安通过，在每个十字路口都设置了交通灯控制。今设计一个十字路口的交通灯控制，设计任务如下：

1主、支干道交替通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。 ○

2绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行。 ○

3每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒(此时另一干道上的红灯不变)。 ○

4十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。○

具体要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位作减计数。

5在黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁。 ○

6要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在○定。

0---99s内任意设

三、设计方案

该交通灯控制系统的组成框图如下所示。状态控制器主要用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过状态译码器分别点亮相应状态的信号灯。秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定计数器下一次减计数的初始值。减法计数器的状态由BCD译码器译码、数码管显示。

在黄灯亮期间，状态译码器将秒脉冲引入红灯控制电路，使红灯闪烁。

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数字交通灯

四、芯片介绍 1、NE555

NE555定时器的引脚图如下：

12NE5553465THUCO8CCVGNDTROUTRD7DISC

2、CD4029

CD4029是一CMOS电路二进制/十进制可异步置数的可逆计数器。在本设计中，由两片共同作用构成减法计数器。CD4029芯片由B/D端控制二/十进制计数，当B/D端为高电位（即为1）时，为二进制计数；相反为十进制计数。由U/D端控制其加/减计数，当此端为高电位（1）时，为加计数；反之，为减计数。由PSE端控制是否预置初始数，当此端为高电位时，为有预置数；为低电位时，不预置初始数。它的CO端的输出为借位输出，CI端的输出为进位输出。

CD4029管脚排列图如下：

VDDCLKQ3J3J2Q2U/DB/D161514131211109CD402912345678PSEQ4J4J1CIQ1COGND

3、74LS47

图2.4 CD4029管脚排列图74LS47是BCD-7段译码器/驱动器 ，是数字集成电路，用于将BCD码转化成数码块中的数字，然后我们就能看到从0-9的数字。 译码为编码的逆

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过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。

74LS47管脚排列图如下：

VCCfgabcde16151413121110974LS4712345678BCLTBI/RBORBIDAGND

4、74LS245

图2.5 74LS47管脚排列图74LS245是一个8位双向三态缓冲器，又称三态数据总线收发器。其逻辑功能为：当控制信号EN=0时，若DIR=1，则数据传输通路为A→B；若DIR=0，则数据传输通路为B→A。而当EN=1时，无论DIR为何值，A、B之间均呈高阻断状态。

74LS245管脚排列图如下：

VCCEN19B118B217B316B415B514B613B712B8112074LS24512345678910DIRA1A2A3A4A5A6A7A8GND

5、74LS00

图2.6 74LS245管脚排列图74LS00是二输入端四与非门。其引脚图如下：

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五、单元模块 1、秒信号产生器

系统所需要的秒脉冲由定时器NE555所构成的多谐振荡器提供，多谐振荡器如图所示，其中1脚是电路地GND；8脚是正电源端Vcc，工作电压范围为5~18V；2脚是低触发端TR；3脚是输出端OUT；4脚是主复位端RD；5脚是控制电压端UcO；6脚是高触发端TH；7脚放电端DISC。R1、R2和C为定时电阻和电容，C1为电压控制端稳定电容。在信号的输出端产生矩形脉冲，其振荡频率为 f=1.44/( R1+2R2)C 。

8RW774LS003R62C24NE55515C1 2、状态控制器

S信号灯四种不同的状态分别用0(主绿灯亮，支红灯亮)、S1（主黄灯亮，

S支红灯闪烁）、S2（主红灯亮，支绿灯亮）、3（主红灯闪烁，支黄灯亮）表示。其状态转换图如下：

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S0=00S1=01S2=10S3=11 采用CD4029二进制/十进制可异步置数的可逆计数器构成状态控制器，电路图如下：

Q2Q1`Q4Q3Q2Q1B/DCD4029U/DCPC1PE+5V来自减法计数器借位脉冲

3、状态译码器

主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。他们之间的关系见真值表如下：

状态控制器输出 RQ1 0 0 1 1

主干道信号灯 YGr支干道信号灯 ygQ2 （红） （黄） （绿） （红） （黄） （绿） 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 5 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 数字交通灯

表2-1

对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。 各信号灯的逻辑函数表达式如下：

R=Q2·Q1+Q2·Q1=Q2 R=Q2

Q1 Y=Q2·Q1 Y=Q2Q1 G=Q2·Q1 G=Q2r=Q2·Q1+Q2·Q1=Q2 r=Q2 y=Q2·Q1 y=Q2Q1

Q1 g=Q2·Q1 g=Q2现选择半导体发光二极管模拟交通灯。见下图2.2，由于门电路的带灌电流的能力一般比带拉电流的能力强，要求门电路输出低点平时，点亮相应的发光二极管。当黄灯亮时，红灯按1Hz的频率闪|烁。从状态译码器真值表可以得出黄灯亮时，QI必为高电平；而红灯点亮信号与Ql无关。现利用Ql信号去控制一三态门电路74LS245(或模拟开关)，当Q1为高电平时，将秒信号脉冲引到驱动红灯的与非门的输入端，使红灯在黄灯亮其间闪烁；反之将其隔离。红灯信号不受黄灯信号的影响。

4、定时系统

该定时器由两片CD4029构成的二位十进制可预置减法计数器完成；时间状态由两片74LS47和两只LED数码管对减法计数器进行译码显示；预置到

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六、调试要点

电路图如下所示：

出，调节电位器Rw，使其输出信号的周期为1s。

信号脉冲，接下来把脉冲信号接入示波器，用示波器监视秒信号发生器的输

2、调节状态译码器、信号灯的工作，把已调节好的秒脉冲引入状态控制

1、首先调试秒信号发生器。先加电检查线路，如能正常工作，即能输出

器脉冲输入端，使控制器开始工作，在该脉冲作用下，三色信号灯是否按要

减法计数器的时间常数通过三片8路双向三态门74LS245来完成。三片

去控制输入数据接数字5的74L8245的选通信号。由于74LS245选通信号要

求低电平有效，故Ql经一级反相器后输出接相应74LS245的选通信号。同理，输入数据接30的三态门74LS245的选通信号接主干道绿灯信号G；输入数据接20的三态门74LS245的选通信号接支干道绿灯信号g。

减法计数器的置入由状态译码器的输出信号控制不同74LS245的选择信号来

74LS245的输入数据分别接入30、20、5三个不同的数字，任一输入数据到

实现。例如当状态控制器在S1（Q2Q1＝01）或在s3(Q2Q1=11)时，要求减法

计数器按初值5开始计数，故采用S1、S2为逻辑变量而形成的控制信号Q1

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求依次转换。

3、调节减法计数器和数字显示系统，把秒脉冲信号直接接入减法计数器，检查数字显示是否正确。

4、调节各置数器，把置数器和减法计数器连接好，并接入秒脉冲信号至减法计数器，把其中一个置数器控制端接低电平另两个置数器接高电平，看置数是否正确。同样方法检查另两个置数器。

5、把各个已检查好的单元部分连接起来，接入秒脉冲信号，检查灯亮和数显之间是否正常对应。

七、设计心得

通过这次数字交通灯设计，我开阔了视野，通过搜集相关信息资料，巩固了书本上所学的知识，提高了自己分析问题和解决问题的能力，达到了学以致用的目的。同时，通过融入课本所学的知识进入分析应用，从而更加巩固了我的电子技术知识，提升了我的电子技术水平。

另外，还进一步练习了一些办公软件，如Word、Visio。为我即将融入社会作好了铺垫。

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数字交通灯

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础.高等教育出版社.1999

[2] 姚福安.电子电路设计与实践.山东科学技术出版社.2007 [3] 谢处方，饶克谨.数字电子设计原理.高等教育出版社.1999

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