数电课设交通灯控制器.docx
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数电课设交通灯控制器
设计题目
交通灯控制器
设计过程
一、课程设计目的
交通灯是控制十字路口交通主要设施，具有较强的实用性，通过这一课题的设计，我们可以学会用数字电路设计一些简单的控制器的方法进而提高综合应用知识的能力。
从而训练学生综合地运用所学的《数字电子技术基础》的基本知识，独立完整地设计一定功能的电子电路，以及仿真和调试等的综合能力。
本次电脑仿真所用的软件版本为EWBVersion10.0然后复习所学过的知识。
二、设计要求：
1．东西方向为主干道，南北方向为副干道；
2．主干道通行40秒后，转换；
3．换向时要有4秒的黄灯期；
4．南北通行时间为20秒，到时间则转换。
5.用数码管显示计时。
三、设计思路：
1、分析系统的逻辑功能，画出其框图
通灯控制系统的原理框图如下图所示。
它主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器和脉冲信号发生器组成。
脉冲信号发生器接入连续的时钟脉冲，计时计数器是由74LS190来完成，输出数据的范围是在0000~1111之间来控制交通信号灯工作，主控电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。
2、信号转换
两方向车道的交通灯运行状态共有四种
状态1：
南北方向车道的绿灯亮，车道、人行道通行；东西方向车道的红灯亮，车道、人行道禁止通行。
状态2：
南北方向车道的黄灯亮，车道、人行道缓行，东西方向车道的红灯亮，车道、人行道禁止通行；
状态3：
南北方向车道的红灯亮，车道、人行道禁止通行；东西方向车道的绿灯亮，车道、人行道通行；
状态4：
东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；
3、电路的逻辑函数和真值表：
：
各个方向等亮灭的真值表如下所示：
六十进制减计数器十位输出
六十进制减计数器个位输出
南北红灯
南北绿灯
南北黄灯
东西红灯
东西绿灯
东西黄灯
QD
QC
QB
QA
QD
QC
QB
QA
0
1
0
1
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1
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0
0
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0
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0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
六十进制减计数器十位输出
六十进制减计数器个位输出
南北红灯
南北绿灯
南北黄灯
东西红灯
东西绿灯
东西黄灯
QD
QC
QB
QA
QD
QC
QB
QA
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
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1
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1
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0
1
0
1
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0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
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0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
.东西方向红灯用卡诺图化简：
U274LS190D卡诺图：
dcba
00
01
11
10
00
1
1
1
1
01
1
1
1
1
11
x
x
x
x
10
1
1
x
x
由卡诺图可知，1010及以上均为无关项，用无关项处理，上述卡诺图整理后为1。
可知化简后结果为：
东西红灯=DˊCˊBˊ【用DCBA分别表示U174LS190D（十位）的QDQCQBQA，同时用dcba表示U274LS190D（个位）的QDQCQBQA。
】
⑵.东西方向黄灯用卡诺图化简：
a
b
0
1
0
1
1
1
1
1
可知化简的结果为：
东西黄灯=DˊCˊBAˊdˊcˊ【用DCBA分别表示U174LS190D（十位）的QDQCQBQA，同时用dcba表示U274LS190D（个位）的QDQCQBQA。
】
⑶.东西方向绿灯化简：
直接采用公式化简法，得到结果为;
东西绿灯=DˊCBˊ+DˊCˊBA+DˊCˊBAˊ（d+c）【用DCBA分别表示U174LS190D（十位）的QDQCQBQA，同时用dcba表示U274LS190D（个位）的QDQCQBQA。
】
⑷．南北方向绿灯用卡诺图化简：
处于19~10秒时dcba的卡诺图如下图所示：
dcba
00
01
11
10
00
1
1
1
1
01
1
1
1
1
11
x
x
x
x
10
1
1
x
x
处于09~04秒时dcba的卡诺图如下图所示：
dcba
00
01
11
10
00
0
0
0
0
01
1
1
1
1
11
x
x
X
x
10
1
1
X
x
可知南北方向绿灯的表达式为：
南北绿灯=DˊCˊBˊA+DˊCˊBˊAˊ（d+c）【用DCBA分别表示U174LS190D（十位）的QDQCQBQA，同时用dcba表示U274LS190D（个位）的QDQCQBQA。
】
⑸.南北方向红灯用卡诺图化简：
dcba
00
01
11
10
00
1
1
1
1
01
1
1
1
1
11
x
x
x
x
10
1
1
x
x
DCBA
00
01
11
10
00
0
0
1
0
01
1
1
x
X
11
x
x
x
x
10
x
x
x
x
由上述卡诺图，图中所示的x为约束项，可知南北方向红灯的表达式为：
南北红灯=C+B【用DCBA分别表示U174LS190D（十位）的QDQCQBQA，同时用dcba表示U274LS190D（个位）的QDQCQBQA。
】
⑹.南北方向黄灯的化简：
a
b
0
1
0
1
1
1
1
1
用上述卡诺图及公式法直接化简可得南北黄灯的表达式为：
南北黄灯=DˊCˊBˊAˊdˊcˊ【用DCBA分别表示U174LS190D（十位）的QDQCQBQA，同时用dcba表示U274LS190D（个位）的QDQCQBQA。
】
综上所述，各个方向的各个灯的函数表达式如下表所示：
东西红灯
东西红灯=DˊCˊBˊ
东西绿灯
东西绿灯=DˊCBˊ+DˊCˊBA+DˊCˊBAˊ（d+c）
东西黄灯
东西黄灯=DˊCˊBAˊdˊcˊ
南北红灯
南北红灯=C+B
南北绿灯
南北绿灯=DˊCˊBˊA+DˊCˊBˊAˊ（d+c）
南北黄灯
南北黄灯=DˊCˊBˊAˊdˊcˊ
备注
用DCBA分别表示U174LS190D（十位）的QDQCQBQA，
同时用dcba表示U274LS190D（个位）的QDQCQBQA。
4、总体电路图
东/西
北/南
五、仿真过程与效果分析
南北和东西方向的红灯和绿灯：
南北方向的黄灯：
东西方向的黄灯：
部分截图：
两个74LS190组合成59进制的计数器
其真值表为
CLK
CTEN
LOAD`
U`/D
工作状态
×
1
1
×
保持
×
×
0
×
预置数
0
1
0
加法计数
0
1
1
减法计数
灯的设计和显示管的设计图
六、所用器件、材料
74LS1902片74LS049片
74F002片74302片
导线若干数码管显示2个
七、优点与不足
优点：
本次课程设计实现了黄灯4秒，东西方向绿灯36秒，南北方向绿灯16秒，绿灯转变为红灯时有4秒的黄灯期的功能，并能使用时序逻辑电路以实现电路实现整体电路循环与自启动，即只需打开电路就可以实现自循环，较好的实现了题目所提的要求。
函数的化简结果较为简便，使连线的复杂程度减小很多。
由于置零信号随着计数器被置零而立即消失，所以置零信号持续时间极短，如果触发器的复位速度有快有慢，则可能动作慢的计数器还没复位，置零信号已经消失，导致电路动作失误。
为了克服这个缺点，用U5A和U6A两个与非门组成锁存器使置零信号保持，直到计数脉冲回到低电平以后，SR锁存器被置零，同时Qˊ的低电平信号才消失。
缺点：
电路的显示设计与现实生活的倒计时不相符合，现实生活中的各个交通灯的倒计时一种颜色的灯分别用一次循环计时，而本次设计中将所有的灯的循环一起计时，主要原因是循环电路的控制比较复杂且难以实现，所以本次设计上述的电路近似模拟交通灯控制器。
八、总结体会
开始拿到题目的时候,还不知道怎么去做,因为自己对这门课的一般设计都不是很会.对很多的芯片的功能都不是很清楚.还有ewb仿真软件,以前才来没有接触过,只是现在需要的时候才开始用它,它的功能,按键都不清楚.
通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的,虽然花了很多的时间,但学到了很多东西.做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍,增强了自己对知识的理解,很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了.在课程设计的过程中,我想了很多种方案,对同一个问题（像计数器的芯片的选用）都想了很多种不同的接法,运用两片74LS190和一片74LS161进行了比较,两片74LS160要进行连接成一个16进制的计数器，考虑到在试验台上实际接电路时线路的复杂性，最后还是决定选用了现成的一片16进制芯片74LS190来进行计数.在连线过程中,经常会遇到一些问题,比如接错线,无意中删除了一些线等,使自己感觉到有点点的力不从心.从开始做课程设计那天起,脑中天天都想着同样的问题,怎么去接线,怎么去把电路弄得更加简单,怎么别人更容易看懂.用模拟软件模拟完成后,考到自己的成果被肯定，心里有一种说不出的高兴.
这次课程设计之后,使我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话,你会花更多的时间才会做好.课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去.同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力.
但是，由于时间的原因，本次试验只设计了其中的一部分电路。
这个试验只适用于小型十字路口单方向的线路适用。
具有一定的局限性。
在以后的设计中，时间充足的话，提早动手，设计更加完美的电路。
其中不足之处望老师指正。
成绩评定
分
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