倒计时交通灯专业课程设计.doc

电子线路与设计
课程设计阐明书

题 目 交通灯控制器
专业班级 电信2班
姓 名
学 号

目录
一、课程设计目和规定 1
二、设计方案和基本原理 1
2.1课程设计方案 2
2.2课程设计原理 3
三、电路设计 4
3.1单元电路设计 4
3.2输出批示灯状态设计 5
3.3显示电路改进 5
3.4主电路设计 6
3.5整体电路图及工作原理 7
3.6元件清单 9
四、电路调试 10
五、设计小结 10
5.1心得体会 10
5.2作品展示 12
六、参照文献 13

一、课程设计目和规定
规定实现逻辑功能，在1-3状态循环。
1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间20s。
2、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间20s。
3、红绿灯变换3秒前，黄灯处在闪烁状态，红绿灯变换后黄灯熄灭。
4、采用两位数码管显示时间倒计时，倒计时结束红绿灯自动变换。
二、设计方案和基本原理
2.1课程设计方案
方案一
①、S1-S3使用2个SR锁存器，设立00，01，10三个状态，这三种状态恰恰相应电路中S1、S2、S3三种状态。
②、采用74LS74与外围元件构成脉冲发生器，用于产生脉冲信号。
③、使用4个JK触发器，实现4位计数，作为倒计时显示电路用。
④、采用2个CD4511和2个七段数码管作为倒计时显示电路。
方案二
①、由D触发器74LS74与外围元件构成单稳态电路，用于S1、S2状态切换（S1、S2正好是相反状态）。D触发器是边沿触发器，可以实现5、6管脚同步转换，即东西路和南北路同步变换。

②、黄灯闪烁电路
可以采用NE555振荡电路实现，接受到控制端信号，NE555第4管脚得电开始工作，第三脚可输出脉冲信号，并且调节C6或R23可以变化闪烁频率。

③采用74LS192作为倒计时控制器件，其输出端可直接作为信号灯变化信号。

方案对比
方案
项目
实现办法
长处
缺陷
一
①S1-S3
2个锁存器
简朴
电平触发，与时钟信号不匹配、无法实现闪烁功能
②脉冲发生器
触发器
信号稳定
价格较高、电路构造复杂
③计数电路
4个JK触发器

复杂
二
①S1-S3
1个D触发器和一种简易脉冲信号发生器
边沿触发，与时钟信号匹配，控制精度高

②脉冲发生器
NE555简易信号发生器
成本低容易实现频率微调
脉冲信号精度稍差些
③计数电路
2个74192计数器
容易解决，可显示数值

综合考虑，为使电路简化、运营稳定，选用方案二。
2.2课程设计原理

任务规定事实上就是3个状态，不妨设：
S1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间20s；
S2、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间20s；
S3、黄灯闪烁，时间3s。
【表1】
主电路状态与批示灯状态转换
主电路
状态
S1R
S1G
S2Y
S3R
S3G
S1
1
1

S2

1

S3

1
1
灯数
南北R＝2
东西G＝2
东南西北Y＝4
东西R＝2
南北G＝2
注:R，G，Y＝红，绿，黄灯。
依照【表1】可知，设计电路只需要3组输出端控制批示灯，批示灯都是以2个或4个一组。总计需要个灯。

三、电路设计
3.1单元电路设计

总体模块设计▲
1、 时钟模块：采用NE555和RC电路构成振荡电路，产生1HZ时钟信号。
2、 计时器模块：使用2个带预置数十进制计时器74LS192构成20秒倒计时计时器。
3、 显示模块：采用2个CD4511作为译码器，将74LS192输出二进制数转化为BCD码，通过七段数码管显示出详细数值。
4、红绿灯转换模块：D边沿触发器和其她元件构成单稳态触发器，每接受一种脉冲，红绿灯即交替一次。
5、黄灯闪烁模块：NE555构成振荡电路，检测到03 02 01时，输出脉冲信号，黄灯处在闪烁状态。
3.2输出批示灯状态设计（显示电路）

按照【表1】，画出显示电路设想控制电路，如上图，这个电路有5个输入端，只要按照规定输入信号，可以达到设计规定。
3.3显示电路改进
由设想电路和状态表可以看出南北路红灯和东西路绿灯总是同步点亮和熄灭，南北路绿灯和东西路红灯也总是同步电路和熄灭，因而电路输入控制端可以简化为3个，如右图所示。

3.4主电路设计
①、主电路实现S1→S2→S3状态转换，
↑ ↓
②、电路转换条件是时间，电路中需要时钟控制，即时序逻辑控制电路。
③、实现S1＝20S，S2＝3S，S3＝20S
3.5整体电路图及工作原理
1．总原理图电路完整工作过程描述（总体工作原理）

3、74LS192工作状态以及状态分析
74LS192工作状态（个位）

74192[7]
74192[6]
74192[2]
74192[3]
74192
74192[B]

数码管

0
0
0
0
0

0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
2
1
0
0
1
1
3
1
0
1
0
0
4

0
1
0
1
5

0
1
1
0
6

0
1
1
1
7

1
0
0
0
8

1
0
0
1
9

注：不填＝0
74192(2)工作状态（十位）

74192[7]
74192[6]
74192[2]
74192[3]
74192
74192[B]

数码管
B
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1

注：不填＝0
（1） 计数模块值为01 02 03时，黄灯闪烁，依照上面表格可以看出对于个位,若B值是低电平有效则有：
B=+
对于十位数，则 B=+
因而B=（个位）+（个位）+（十位）+（十位）
在电路中可采用4个二极管1N4148（电路图中D1、D4、D5、D6）作为或门电路。
（2） 计数模块为00时，红绿灯交替，这个功能可以不按照真值表来实现，由于74LS192有借位输出端，作用是当倒计时数值变为0时，借位会输出低电平，因此只要个位和十位借位输出端都是0，则意味着此时计数器为00，控制原理即为借位输出端控制20秒复位和红绿灯交替变换即可。
3.6元件清单
元件
符号
型号
数量
二极管
D1-D6
1N4148
6
发光二极管
L3 L4 L7 L8
红色
4
发光二极管
L1 L2 L5 L6
绿色
4
发光二极管
L9 L10 L11 L12
黄色
4
三极管
VT1-4
8050
4
色环电阻
R1-14
680
14
色环电阻
R15
5.1K
1
色环电阻
R16 R19 R21 R27
10K
4
色环电阻
R17 R20 R24 R26
1K
4
色环电阻
R18
100K
1
色环电阻
R22 R29
100
2
色环电阻
R23
510K
1
色环电阻
R25
3.3K
1
色环电阻
R28
510
1
电解电容
C1 C3 C5
10uF
3
电解电容
C6
0.47uF
1
电解电容
C7
100uF
1
瓷片电容
C2 C4
103
2
芯片
U1 U2
CD4511
2
芯片
U3 U4
74LS192
2
芯片
U5 U7
NE555
2
芯片
U6
74LS74
1
管座

DIP8
2
管座

DIP14
1
管座

DIP16
4
数码管
DS1 DS2

2
稳压电路
U8
7805
1

四、电路调试
仿真使用multisim软件。由于本电路构造复杂，元件繁多，难以一步到位、调试成功，为了更容易达到仿真效果，可以采用分步调试办法。
1、 当计数器显示00时候，红绿灯交替变换。

2、 当计数器显示03 02 01时候，黄灯闪烁。

3、 最后将2个分步仿真合并在一起，得到完整仿真电路。

在仿真电路中实现了电路所有功能，只是由于仿真软件仿真局限性无法实现二极管分立元件构成或门电路，因此在仿真电路中用74LS08代替了。
五、设计小结
5.1心得体会
在设计过程中，我第一次综合运用了如此多软件，设计过程中不自觉纯熟地掌握了不少技巧，为了完毕设计查阅了大量资料，认真学习了诸多元器件工作原理，虽然有些没有完全用得上，但我也意识到这也是本次设计收获。
在设计中，也感觉到自己学识浅薄 ，仅仅从课本上面学到知识是远远不够，通过设计让我对电子产生了浓厚兴趣，从此后来，我会更加致力于学习钻研电子知识，并做到理论联系实际，争取用所学到知识去解决更多问题。
最后感谢教师和各位同窗对于我设计予以指点和协助！

5.2作品展示

六、参照文献
[1]《数字电子技术基本教程》 清华大学出版社 阎石
[2]《电子线路设计·实验·测试》华中科技大学出版社 谢自美
[3]74LS138 74LS192阐明书