《交通路灯》的课程设计及其报告Word下载.docx
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指导教师：
谢建群
２０１２年６月８日
目录
1.设计目的·
·
2
2.设计要求·
3.总体方案·
4.具体实现·
3
4.1用555定时器振荡电路·
4.2计数器电路·
4.2.160秒计数器电路·
4
4.2.25秒计数器·
5
4.2.330进制计数器·
6
4.3计数器控制电路·
7
4.4信号灯控制电路·
8
4.5整体电路的实现过程·
9
5.实现过程中遇到的问题及措施·
10
6.设计心得体会·
7.对该设计的建议·
11
8.参考文献·
1.设计目的
在城市道路上的交叉路口一般设置有交通灯，用于管理两条道路通行车辆，现有一条主干道和一条支干道的汇合点形成一个十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速的通行，在交叉路口的每条道上设置一组交通灯，交通灯由红黄绿3色组成。
红灯亮表示此通道禁止车辆通过路口，黄灯亮表示此通道未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行。
绿灯亮表示该通道车辆可以通行。
要求设计一个交通灯控制电路以控制十字路口两组交通灯的状态转换，指挥车辆安全通行。
2.设计要求
（1）设计一个十字路口交通灯控制电路，要求主干道与支干道交替通行。
主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为60秒。
支干道通行时，支干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30秒。
（2）每次绿灯变红灯时，要求黄灯限量5秒钟，此时另一路口红灯也不变。
（3）黄灯亮时，要求黄灯闪烁，频率为1Hz。
（4）要求在绿灯亮（通信时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。
3.总体方案
本设计采用的方案是用显示器，一个2—4译码器，若干十进制减法计数器74SL90，一个555定时器，若干J-K触发器，若干与门和或门以及信号灯（红，黄，绿三种颜色）来构成交通路灯控制电路。
本电路的控制方法是：
先用5片十进制减法计数器74SL190构成一个60进制，5进制以及30进制的减法计数器，再由555定时器和两个电阻及电容来构成一个震荡电路来充当秒脉冲发生器，将其接到三个计数器的时钟信号CLK上让其开始计时，再通过一个2-4译码器来选择哪个计数器工作，再用2个J—K触发器构成的状态转移电路来控制两组信号灯的状态。
整体电路框架结构图如下图所示：
4.具体实现
电路中一共包含以下几个模块：
4.1用555定时器振荡电路
该电路的根本任务是震荡产生秒脉冲波形充当计数器的时钟信号CLK是计数器正常计数。
实现这一功能只需用一个555定时器和两个电阻一个电容来连接构成，具体连结和参数如下图所示：
注：
ｃｌｋ为妙脉冲输出端；
4.2计数器电路
4.2.160秒计数器电路
用两个十进制减法计数器74SL190，一个与门和一个非门即可。
具体连接线路如下图：
ＩＯ２，ＩＯ３，ＩＯ１，ＩＯ４为四个输出端，依次连接到表示十位的数码管的四个输入端，同理ＩＯ５，ＩＯ６，ＩＯ７，ＩＯ８四个输出端，依次连接到表示个位的数码管的输入端；
ＣＬＫ为输入端，输入秒脉冲；
ｍａｘ为输出端，当计数到０时产生的一个高电平输出；
4.2.25秒计数器
只需一个十进制减法计数器74SL190即可。
具体连接线路如下：
ＩＯ１，ＩＯ２，ＩＯ３，ＩＯ４为四个输出端，依次接到数码管的四个输入端；
ＣＬＫ为秒脉冲输入端；
ｍａｘ为输出端，当计数到０是产生的一个高电平输出；
4.2.330进制计数器
用两个十进制减法计数器74SL190，一个与门和一个非门即可实现。
具体连接线路如下图所示：
ＩＯ１，ＩＯ２，ＩＯ３，ＩＯ４为四个输出端，依次连接到表示十位的数码管的四个输入端；
ＩＯ５，ＩＯ６，ＩＯ７，ＩＯ８为四个输出端，依次连接到表示个位的数码管的四个输入端；
ｍａｘ为输出端，当计数到０是产生一个高电平输出；
4.3计数器控制电路
需要两个ＪＫ触发器和一个２—４译码器，因为有三个计数器要选择，所以首先用一个２—４译码器来实现对三个计数器的选择，又因选择哪个计数器是跟灯的状态转换有关，而灯的状态转换又四种情况，分别用００，０１，１０，１１来表示，对应到２—４译码器输出即有：
Ｙ０对应的是：
主干道绿灯，支干道红灯时选择６０秒计数器是状态００；
Ｙ１对应主的是：
干道黄灯，支干道红灯时选择５秒计数器是状态０１；
Ｙ２对应主的是：
干道红灯，支干道绿灯时选择３０秒计数器是状态１０；
Ｙ３对应的是：
主干道红灯，支干道黄灯时是选择５妙计数器状态１１；
所以可以用两个Ｊ—Ｋ触发器来实现从００到１１的状态转移，即用两个Ｊ—Ｋ触发器的输出Ｑ１和Ｑ２来作为２—４译码器的输入，从而实现对相应状态计数器的选择。
ＩＯ１，ＩＯ２，ＩＯ３，ＩＯ４为四个输出端，依次连接到分别有一端输入为５５５定时器振荡电路产生的秒脉冲的四个与门的另一端上；
ＣＬＫ为输入端；
4.4信号灯控制电路
需要两个Ｊ—Ｋ触发器以及若干个与门，其原理与计数器控制电路一样，因为信号灯的状态有四种，依次将这四种分别表示成００，０１，１０，１１具体如下：
Ｙ０对应主干道绿灯，支干道红灯时是状态００；
Ｙ１对应主干道黄灯，支干道红灯时是状态０１；
Ｙ２对应主干道红灯，支干道绿灯时是状态１０；
Ｙ３对应主干道红灯，支干道黄灯时是状态１１；
同样也用两个Ｊ—Ｋ触发器来完成这四种状态的转移，并且与计数器控制电路的状态转移是一致的，因此他们的ＣＰ信号应该是同步的，再用每个状态的输出Ｑ１和Ｑ２通过组合逻辑门电路来实现对每个灯亮灭控制。
注：
图中的ＩＯ７，ＩＯ８，ＩＯ１依次连接主干道上的信号灯红，黄，绿；
ＩＯ２，ＩＯ３，ＩＯ４依次连接支干道上的信号灯红，黄，绿；
ＩＯ５为ＣＰ信号的处输入端；
4.5整体电路的实现过程
首先，将５５５定时器震荡电路的秒脉冲输出端分别连接到三个与门的一个输入端上，而三个与门的另一个输入端分别连接到计数器控制电路模块中的２—４译码器的其中三个输出端Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２；
将接Ｙ０的与门输出端连接到６０秒计数器的ＣＬＫ输入端上；
再将接Ｙ１的与门的输出端和输出端Ｙ３再次通过一个与门输入，接着将此与门的输出端连接到５秒计数器的ＣＬＫ输入端上；
最后将接Ｙ２的与门的输出端连接到３０秒计数器的ＣＬＫ输出端上；
最后，将三个计数器的ｍａｘ端引出来通过一个或门输入，再将该或门的输出分别连接到计数器控制电路模块的ＣＬＫ输入端和信号灯控制电路模块的ＣＬＫ输入端，从而达到连个控制模块中的状态转移时同步的即ＣＰ信号同步；
按以上步骤连接好各个功能模块后即可实现该交通路灯的设计要求，该设计总图如下图所示：
5.实现过程中遇到的问题及措施
总的来说，共有三个问题。
首先是如何把计数器和信号灯联系起来，信号灯是由JK触发器来启动的，计数器根据灯亮的时长计完后必须得传个高电平给JK触发器，才能到下一个信号灯亮的情况，因此把三个计数器的借位信号MAX/MIN
进行或门接到JK触发器的CLK，即可实现实验要求；
其次是控制计数器计数的设计，得保证对应的灯亮相应的时长，因此用与信号灯相同的JK触发器和译码器相连即可实现；
最后就是计数器，信号灯，控制电路三者的连接，由555定时器组成的秒脉冲发生器作为各电路的触发，通过其和译码器分别进行逻辑与再接到对应的计数器上，再由计数器的借位反馈到控制电路和信号灯即可实现。
6.设计心得体会
通过这次的设计，我们不仅更深程度地掌握了课本知识，而且学会了设计的步骤和精华，更重要的是明白了团队的默契合作的重要性。
刚开始做设计时，总以为很简单，我们按照思路把设计画出来后，就上机实施，结果越做越觉得不简单，明白做时总比想的难，比方说我们要用74190设计三个减法计数器，在连接过程中就不是很容易啦，有的引脚不知道是什么功能，后来在老师的指导下，我们了解到那些引脚的功能，知道74190芯片如何连才能是加法或减法计数器，学到我们之前课本上没有的知识，最后很快的把三个计数器连好了。
再就是设计信号灯的电路，经过很对错路后才摸索到正确的方法，就是用JK触发器的状态来对应一种灯亮，通过了解触发器的功能和逻辑门电路，用两个JK触发器产生4种状态和相应逻辑门电路，对应控制信号灯的4种状态，就实现了我们要的功能。
还有就是555定时器的功能，通过课本的复习，我们用它连成一个秒脉冲发生器，方便我们之前电路的触发。
最后就是将各部分电路连起来的控制电路，之前总会出现很多问题，像是计数器突然不计数啊，信号灯不亮，或者是计数器没和信号灯相吻合等等，后来经过老师的提示，我们发现问题啦，把一些电路简单化并正确地将电路连好后，开始观察现象，记得当时我们看见现象是对的时候，我们很激动，莫明的成就感就涌现出来啦。
因此，这次的设计，让我们明白了，每失败一次证明离成功更进一步，做任何事情要坚持不懈，不能遇到一点挫折就放弃，我们的感觉也是由轻松到失落再到激动，因为觉得简单感到轻松，因为总是失败感到失落甚至有放弃的念头，因为坚持不懈的努力而成功感到激动，总之，在这次设计中，各方面我们都受益匪浅，感慨万分！
7.对该设计的建议
主要是数码管方面，没能让主干道和支干道各自显示时间，与实际有点不一样，虽然我们的设计能满足设计要求。
不过总的来说，这个设计还是不错的。
8.参考文献
[1]康华光.电子技术基础-数字部分（第五版）.高等教育出版社,2006
[2]数字电子技术《实验指导书》
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