倒计时交通灯课程设计综述.docx
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倒计时交通灯课程设计综述
电子线路与设计
课程设计说明书
题目交通灯控制器
专业班级电信2班
姓名
学号
一、课程设计目的和要求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输出指示灯状态设计5
3.3显示电路的改进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、参考文献13
一、课程设计目的和要求
要求实现逻辑功能，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，黄灯处于闪烁状态，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，设置00，01，10三个状态，这三种状态恰恰对应电路中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正好是相反的状态）。
D触发器是边沿触发器，能够实现5、6管脚同时转换，即东西路和南北路的同时变换。
②、黄灯闪烁电路
可以采用NE555振荡电路实现，接收到控制端的信号，NE555的第4管脚得电开始工作，第三脚可输出脉冲信号，并且调整C6或R23可以改变闪烁频率。
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
实现方法
优点
缺点
一
①S1-S3
2个锁存器
简单
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、电路结构复杂
③计数电路
4个JK触发器
复杂
二
①S1-S3
1个D触发器和一个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
容易处理，可显示数值
综合考虑，为使电路简化、运行稳定，选用方案二。
2.2课程设计原理
任务要求实际上就是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】
主电路状态与指示灯状态转换
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。
根据【表1】可知，设计电路只需要3组输出端控制指示灯，指示灯都是以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电路组成振荡电路，产生1HZ时钟信号。
2、计时器模块：
使用2个带预置数的十进制计时器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输出的二进制数转化为BCD码，通过七段数码管显示出具体数值。
4、红绿灯转换模块：
D边沿触发器和其他元件构成单稳态触发器，每接收一个脉冲，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030201时，输出脉冲信号，黄灯处于闪烁状态。
3.2输出指示灯状态设计（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，只要按照要求输入信号，可以达到设计要求。
3.3显示电路的改进
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时点亮和熄灭，南北路绿灯和东西路红灯也总是同时电路和熄灭，因此电路的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状态的转换，
↑↓
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010203时，黄灯闪烁，根据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=
+
因此B=
（个位）+
（个位）+
（十位）+
（十位）
在电路中可采用4个二极管1N4148（电路图中的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，因为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，所以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
L3L4L7L8
红色
4
发光二极管
L1L2L5L6
绿色
4
发光二极管
L9L10L11L12
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
R16R19R21R27
10K
4
色环电阻
R17R20R24R26
1K
4
色环电阻
R18
100K
1
色环电阻
R22R29
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
C1C3C5
10uF
3
电解电容
C6
0.47uF
1
电解电容
C7
100uF
1
瓷片电容
C2C4
103
2
芯片
U1U2
CD4511
2
芯片
U3U4
74LS192
2
芯片
U5U7
NE555
2
芯片
U6
74LS74
1
管座
DIP8
2
管座
DIP14
1
管座
DIP16
4
数码管
DS1DS2
2
稳压电路
U8
7805
1
四、电路调试
仿真使用multisim软件。
由于本电路结构复杂，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，可以采用分步调试的方法。
1、当计数器显示00时候，红绿灯交替变换。
2、当计数器显示030201时候，黄灯闪烁。
3、最后将2个分步仿真合并在一起，得到完整的仿真电路。
在仿真电路中实现了电路的所有功能，只是由于仿真软件仿真局限性无法实现二极管分立元件组成的或门电路，所以在仿真电路中用74LS08代替了。
五、设计小结
5.1心得体会
在设计过程中，我第一次综合的运用了如此多的软件，设计过程中不自觉的熟练地掌握了不少技巧，为了完成设计查阅了大量的资料，认真学习了很多元器件的工作原理，虽然有些没有完全用得上，但我也意识到这也是本次设计的收获。
在设计中，也感觉到自己学识的浅薄，仅仅从书本上面学到的知识是远远不够的，通过设计让我对电子产生了浓厚的兴趣，从今以后，我会更加致力于学习钻研电子知识，并做到理论联系实际，争取用所学到的知识去解决更多的问题。
最后感谢老师和各位同学对于我的设计给予的指点和帮助！
5.2作品展示
六、参考文献
[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]74LS13874LS192说明书
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