数字电路交通灯设计文档格式.docx
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但其发展比模拟电路发展的更快。
从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。
随后发展到中规模逻辑器件；
70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。
由于数字电路技术的逻辑性很强，用它来设计交通灯的控制系统很容易实现。
只要数字集成块在一定范围内输入，都能得到确定的输出，调试起来也比较容，电路的工作状态会比较稳定。
这次的设计就是通过一些基本的数字芯片组合来实现对十字路口交通等的六个不同信号灯的控制，另外还加以倒计时数码管显示。
以做到十字路口信号灯的仿真模型，这个电路的设计看似较为复杂，其实就是一些基本的数字电路组成。
只要将整个电路的基本方向确定下来，画出电路流程图，在对各项功能进行设计，一步步突破，最后进行整理总结。
2硬件电路结构设计
2.1设计要求及电路流程图
2.1.1设计要求
1.设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；
2.必须独立完成设计课题；
3.合理选用元器件；
4.按时完成设计任务并提交设计报告。
2.1.2电路流程图
根据实际的交通信号灯，设计一个交通灯信号控制器。
甲、乙车道交替通行，甲车道每次放行25秒，乙车道放行25秒，绿灯亮表示通行，红灯表示停止。
每次绿灯变红时黄灯先亮5秒。
该交通灯控制系统的组成框图如下图2-1所示。
状态控制器主要记录交通灯的工作状态，通状过状态译码器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间脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到每一种工作状态持续时间。
减法计数器的减进位脉冲使状态控制器完成状态转换，同时减进位根据系统下一个工作状态决定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。
图2-1电路流程图
2.2单元电路设计
2．2.1状态控制器设计
根据电路流程图，各信号灯工作顺序流程如2-2图，信号灯四种不同状态分别用S0（甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮），S1（甲车道黄灯亮，乙车道还是红灯），S2（甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮），S3（甲车道还红灯亮，乙车道黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如图2-3所示。
图2-2信号灯流程
图2-3信号灯状态转换图
根据上述流程图和状态转换图，我们可以用一个两位十进制计数器实现，如74160，再用一个3线8线译码器74138译码器与显示电路相连。
电路图如下。
图2-4状态译码器电路图
其中74160的CLK接受来自减法计数器的借位输出，74138的Y0、Y1、Y2、Y3去置数和控制信号灯的状态。
当减法计数器高位同时出现借位时就会给clk一个脉冲，由于减计数器借位输出为低电平，而160需要高电平触发，所以加一个非门。
经过74138译码后控制交通灯的状态变化以及置数的变化，从而控制整个系统，其中74160的QC端经过一个非门接其置数端，当QC为1时，计数器置数回到0，从而控制电路的状态循环，同时QA，QB的变化经过译码器74138后控制整个电路及交通灯的循环。
74LS160芯片介绍:
74LS160是一个具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变的十进制上升沿计数器,管脚图如2-5。
只有当EP、ET均为高电平时160才能正常工作。
CLR为清零端。
表2-1为160功能表
图2-5芯片160管脚图
表2-1芯片160功能表
2.2.2交通等状态显示设计
整个交通灯状态分为四部分，真值表与状态如表2-2。
横纵向干道的红、黄、绿信号灯主要由状态控制器输出决定。
用1表示灯亮。
用0表示灯不亮。
表2-2交通信号灯真值表
由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为：
G=/Y0
Y=/Y1
R=/Y2+/Y3=/（Y2Y3）
g=/Y2
y=/Y3
r=/Y0+/Y1=/（Y0Y1）
可画出交通灯信号控制图，如图2-6所示。
图2-6显示部分原理图
由于译码器输出是低有效，所以在另一端接+5V高电平。
这样就可以很好的控制交通灯的显示。
74LS138芯片介绍：
图2-7为74138管脚图。
74LS138为3线－8线译码器，当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/（G2A）和/（G2B））为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器
图2-7芯片138管脚图
表2-3138功能表
无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1。
如果出现两个输出引脚同时为0的情况，说明该芯片已经损坏。
2．2.3秒信号设计
其中秒信号发生器由555定时器及电容、电阻、电感组成，是一个典型的施密特
触单稳态触发发器。
无需输入，自激震荡产生方波。
只需控制两个电阻和电容的
大小来控制占空比来控制方波的频率。
R6、C2组成一个串联RC充放电路，在NE555
的7管脚上输出一个方波信号，C2上得到一个三角波，此三角波送到NE555的2
脚输入端。
由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和
3脚上的输出方波
图2-8秒信号发生器
NE555芯片介绍：
NE555虽然从发现到现在有四十多年，功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；
而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。
图2-9芯片555管脚图
2.2.4置数控制系统设计
表2-4显示部分真值表
交通灯定时显示真值表
74138状态输出
74192输入端口
DCBA
Y0'
=1
OO10
0101
OO11
0000
Y1'
OOOO
O1O1
Y2'
Y3'
根据以上的设计，交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器，以完成甲车道25秒，5秒，30秒，乙车道30秒，25秒，5秒的定时任务。
该定时器由2片74192构成的二位十进制可预置数减法计数器完成；
时间状态由带译码器的led数码管对减法计数器进行译码显示；
预置到减法计数器的时间常数，通过状态控制电路的译码器74138的输出端Y0、Y1、Y2、Y3。
当状态控制器74160的输出QAQB=00时经过译码器74138后此时的输出为Y0Y1Y2Y3=0111，经过非门以后变成Y0’Y1’Y2’Y3’=1000此时只有Y0’对置数有效，同理，
状态控制器状态变化时，置数也跟着变化，而状态控制器的脉冲恰好来自减法计数器的借位端，这样就形成了置数的循环控制。
实现了交通的定时循环系统。
其实交通的定时系统分为4部，甲车道为25秒、5秒、30秒、0秒，对应乙车道为30秒、0秒、25秒、5秒。
正好用译码器的四个输出端Y0Y1Y2Y3来控制，因为Y0Y1Y2Y3为低有效所以经过非门后只有其中一个端口有效置数，真值表可以简单的画成表2-4的模式。
根据真值表可以得出置数控制系统的连接方式，原理图如下。
图2-10置数控制部分原理图
74LS192芯片介绍：
其中p0p1p2p3——置数并行数据输入；
Q0、Q1、Q2、Q3——计数数据输出；
MR——清零端；
LD——置数端；
TUu--加法计数CP输入;
TCd——减法计数CP输入；
CO——进位输出端；
BO——借位输出端。
加减控制方式：
控制信号为1时加计数，为0时减计数。
双时钟方式：
外部时钟从CP+端输入时加计数，从CP-端输入时减计数。
预置功能：
所谓预置，就是控制端=0时，使计数器的状态变成设定的外部输入常数，即QDQCQBQA=DCBA（输入数据）。
图2-11芯片192管脚图
同步预置方式：
=0且下一个时钟有效边沿到来时完成预置。
异步预置方式：
=0后立即预置数据送入各触发器，与CP无关。
复位功能：
所谓复位，就是从复位端输入有效信号后，计数器恢复成初始状态（全0或某个常数）。
同步复位方式：
用复位信号与时钟信号CP配合完成。
异步复位方式：
用复位信号直接完成，与CP无关。
时钟边沿选择：
同步计数器一般用上升沿触发，异步计数器一般用下降沿触发。
有的同步计数器有两个时钟输入端，既可用上升沿触发，也可用下降沿触发。
其它功能：
计数器满模值时，产生一个进位输出CO信号或借位输出BO信号，作为标志信号或进位功能扩展。
计数控制输入端（P、T），用来控制计数器是否计数。
多片计数器级联时，可控制各级计数器的工作。
下表为其功能表
表2-5芯片192功能表
74LS47芯片介绍：
74LS47的输入端是四位二进制信号（8421BCD码），a、b、c、d、e、f、g是七段译码器的输出驱动信号，
高电平有效。
可直接驱动共阴极七段数码管，是使能端，起辅助控制作用。
下图是47芯片的功能表。
图2-12芯片47管脚图
表2-6芯片47功能表
使能端的作用如下：
（1）LT是试灯输入端，当LT=0，BI=1时，不管其它输入是什么状态，a~g
七段全亮；
（2）BI静态灭灯输入，当BI=0，不论其它输入状态如何，a~g均为0，显示管熄灭；
（3）RBI动态灭零输入，当LT=1，RBI=0时，如果A3A2A1A0（ABCD）=0000时，a~g均为各段熄灭；
（4）RBO动态灭零输出，它与灭灯输入BI共用一个引出端。
当在动态灭零时输出才为0。
片间与RBI配合，可用于熄灭多位数字前后所不需要显示的零。
3．制板焊接与调试
3．1制板
3．1．1PCB图的制作
一般PCB基本设计流程如下：
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