数字逻辑实验报告交通灯.docx

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数字逻辑实验报告交通灯

计算机科学与工程学院

综合设计报告

设计名称：

数字逻辑综合设计

设计题目：

可人工干预的交通灯控制器

学生学号：

专业班级：

学生姓名：

学生成绩：

指导教师（职称）：

课题工作时间：

2010/12/27至2011/01/07

成绩评定表

学生姓名：

学号：

班级：

类别

合计

分值

各项分值

评分标准

实际得分

合计得分

备注

平时表现

按时参加综合设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。

由设计负责人给出

完成情况

按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。

能对其设计内容进行详细、完整的介绍，并能就指导教师提出的问题进行正确的回答。

报告质量

报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理；报告字数符合相关要求，工整规范，整齐划一。

课题背景介绍清楚，综述分析充分。

设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强，具有说服力。

符号统一；图表完备、符合规范要求。

能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果。

参考文献数量在3篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。

答辩情况

在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。

在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。

总评成绩：

分

补充说明：

指导教师：

（签字）

日期：

年月日

答辩记录表

学生姓名：

学号：

班级：

答辩地点：

答辩内容记录：

答辩成绩

合计

分值

各项分值

评分标准

实际得分

合计得分

备注

在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。

在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。

答辩小组成员（签字）：

年月日

指导教师评语

指导教师：

（签字）

日期：

年月日

一、综合设计目的、条件、任务和内容要求：

1设计目的

（1）掌握计数器74LS90和74LS192、555定时器的功能及应用

（2）进一步了解实际应用中时序逻辑电路的设计和调试方法

（3）学会常用数字电路的设计

2设计条件

定时器555、4位十进制可逆同步计数器（双时钟）74LS192、二-五-十进制异步计数器74LS90、七段显示译码器74LS48、七段数码管、RS触发器、JK触发器。

3设计任务

用所学的数字电路知识，设计出具有人工干预功能的智能交通灯。

4设计内容

人工可干预的交通灯控制电路主要由多谐振荡电路、人工干预电路、时间显示电路和信号灯控制电路组成，分别分析这四种电路的功能及其原理。

指导教师签字：

年月日

二、进度安排：

2010-12-27——2010-12-30查阅文献，收集资料

2010-12-30——2011-1-11方案论证

2011-1-2——2011-1-6系统详细设计

2011-1-6——2011-1-7综合设计论文撰写

三、应收集资料及主要参考文献：

[1]康华光.电子技术基础：

数字部分.4版.北京：

高等教育出版社.2000

[2]阎石.数字电子技术基础高等教育出版社2006.5

[3]郑家龙.集成电子技术基础教程.北京：

高等教育出版社2002

[4]朱勇.数字逻辑[S]，中国铁道出版社，2007

[5]谢自美.电子线路设计-实验-测试[M].武汉:

华中科技大学出版社,2000

[6]汤继华.常用集成芯片使用[M].北京:

北京理工大学出版社,1995

[7]康华光.电子技术基础[M].北京:

高等教育出版社,1999

[8]范爱平.电子电路实验与虚拟技术[M].山东:

山东科技技术出版社，2001

[9]张佳佳.城市智能交通信号优化控制及仿真[D]，湘潭大学，2004

四、综合设计（课程设计）摘要（中文）：

随着社会经济的发展和机动车辆的不断增加,城市交通问题越来越引起人们的关注。

交通对我们生活的影响更加明朗，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

很多因素都会影响在道路中的行车状况，所以一个功能健全的交通控制器尤为重要。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

如何利用所学知识设计出来一个最简单合适的可人工干预的交通灯电路是此次设计主要解决的问题。

因此，这次设计我设计了一个简单的交通灯控制系统。

交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、多谐振荡器等组成。

关键词：

计时电路；主控电路；多谐振荡器

五、综合设计（课程设计）Abstract（英文）：

Associalandeconomic developmentand increasing motorvehicles,urbantransportation problemgetsmore attention.Theimpact oftraffic onourlives evenclearer, trafficmanagement hasbecome animportantproblem tobesolved.Many factorsaffect the drivingconditions onroads,soa functioningtrafficsignalcontroller isparticularlyimportant.Urbantrafficcontrolsystem isusedfor urbantraffic datamonitoringtrafficsignal controland trafficcontrol of computerintegratedmanagement system,which isamodern urbantraffic controlcommandsystem ofthemost importantpart.Howtouse theknowledge from oneofthemost simple designappropriate humanintervention canbe atrafficlight circuitis mainlydesigned tosolve the problem.Therefore,the design,I designeda simple trafficlight controlsystem. Trafficlightscontrolsystemmainlybythetimingcircuit,controlcircuitandsoon.

Keyword：

Timing circuit; controlcircuit; multi-vibrator

摘要………………………………………………………………………………………….I

Abstract………………………………………………………………………………….....II

第一章概述…………………………………………………….…………………..............1

1.1背景……………………………………………………………………………………...1

1.2目的……………………………………………………..……………………………...1

1.3意义………………………………………………………………………………….......1

1.4原理……………………………………………………..……………………………..1

第二章设计简介及设计方案论述………………………………………………………….3

2.1设计流程图…………………………………………..………………………….……..3

2.2方案论述……………………………………..………………………….………………3

第三章详细设计…………………………………………………………..…………………5

3.1555计时器构成的多谐振荡器………………………………………….……………...5

3.260进制计数器………………………..………………………….……………………...6

3.360进制倒计时计数器………………………..………………………….……………...8

3.4人工干预………………………..………………………….……………………………9

3.5红黄绿灯控制电路………………………..………………………….………………..10

3.6设计总电路及元件清单………………………..………………………….…………..11

第四章设计结果及分析…………………………………………………..………………..13

4.1设计结果……………………………………….………………………………..….….13

4.2过程分析….……………………………………………..………………………….…..13

总结…….…………………………………………………..………………………….…...14

致谢…….…………………………………………………………………………….…….15

参考文献…….………………..………………………………..……………………….…...16

摘要

随着社会经济的发展和机动车辆的不断增加,城市交通问题越来越引起人们的关注。

交通对我们生活的影响更加明朗，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

很多因素都会影响在道路中的行车状况，所以一个功能健全的交通控制器尤为重要。

如何利用所学知识设计出来一个最简单合适的可人工干预的交通灯电路是此次设计主要解决的问题。

因此，这次设计我设计了一个简单的交通灯控制系统。

交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、多谐振荡器等组成。

关键词：

计时电路；主控电路；多谐振荡器

Abstract

Keyword：

Timing circuit; controlcircuit; multi-vibrator

第一章概述

1.1背景

交通灯是我们最常见的系统，为了保证交通秩序和行人安全，在街道的十字路口处每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。

交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。

现在国内外的研究人员很多通过单片机、PLC技术设计交通灯控制电路。

这篇文章主要通过数字电路的设计来完成交通灯的设计。

1.2目的

掌握定时计数器的功能，进一步了解实际应用中时序逻辑电路的设计和调试方法，学会常用数字电路的设计。

从而设计出一套完整的可人工干预的交通灯系统。

1.3意义

交通灯系统使繁忙的城市街道的行车变得井然有序，可人工干预的交通灯电路，在某个方向车流量很大而另一方向车流量很小的时候就可以用人工干预功能使车流量大的方向多行驶一段时间，从而缓解交通压力。

1.4原理

1.4.1原理图

原理如图1-1

图1-1交通控制系统原理

1.4.2基本原理

控制器有时钟信号CP，其周期为1分钟。

在正常通行情况下，交通灯交替工作。

以使东西的交通放行1分钟，然后使南北路的交通放行1分钟。

此外，控制器设有“人工干预”按钮。

若目前东西路通行一分钟后车辆还很挤，而南北路方向并无车量要求通行，可按下“人工干预”按钮，于是，在目前的1分钟周期结束时，仍然是南北路方向亮红灯，东西路方向亮绿灯，延长放行1分钟，而后自动转入正常的交替工作时序如同未出现过某一方向车量中断的情况一样。

通常，我们把控制器做成同步时序网络。

送到控制器TC的唯一输入为“人工干预”信号P，交通灯在时钟信号CP=1时改变一次通行状态。

“人工干预”信号P直接送到Y1，当时钟信号CP为0时将Y1送到Y2，并由Y2送到控制器TC，这是为了避免在CP=1改变通行状态时出现P信号而产生错误的转换。

控制器TC产生使东西路通行的输出信号Z1=1，产生使南北路通行的输出信号Z2=1，第三个输出Z3用以在延长通行1分钟后使R-S触发器复位。

第二章设计简介及设计方案论述

2.1设计流程图

这次设计电路主要是多谐振荡电路、人工干预电路、计时电路、交通灯闪烁电路构成，其关系如图2-1所示：

图2-1设计图

2.2方案论述

2.2.1交通灯的闪烁电路部分

有三种状态：

状态一：

东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮；状态二：

东西、南北方向黄灯同时闪烁；状态三：

东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮；2.2.2计时电路和倒计时电路有三种状态同时有计时和倒计时电路使总电路更易懂。

2.2.3人工干预电路人工干预使用RS触发器，通过RS锁存一个信号，实现两个计时电路的工作转换，再通过计数器2的信号反馈，清除RS锁存的信号。

2.2.4多谐振荡电路用555定时器构成多谐振荡器，作为电路的计时脉冲，周期为1秒。

2.2.5显示电路由两个七段数码管组成两位的显示器，用来显示计时电路的倒计时。

第三章详细设计

3.1555定时器构成的多谐振荡器

3.1.1555定时器简介

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

3.1.2555定时器构成的多谐振荡器

如图3-1所示为555定时器构成的多谐振荡器，Cf为10nF，若C取100nF，依据公式周期T=（R1+2R2）Cln2可计算出R1+2R2≈150kΩ时可得到周期为0.01s的振荡信号;若C取10uF，依据公式周期T=（R1+2R2）Cln2可计算出R1+2R2≈150kΩ时可得到周期为1s的振荡信号。

图3-1多谐振荡器

3.260进制计数器

3.2.174LS190芯片简介

74LS90是二，五，十进制异步计数器。

异步计数器如果设定初态，在每个脉冲的作用下是按顺序变化的（态序）。

二进制计数器的每一状态相当一最小项，当最后一个脉冲到来后，电路返回原状态。

74LS90引脚图如图3-2：

图3-274LS90引脚图

3.2.20—9进制的变换

74LS90功能：

·直接置0（R0

（1）·R0

（2）=1）

·直接置9（R9

（1）·R9

（2）=1）

·二进制计数（CKA输入Q0输出

·五进制计数（CKB输入Q3Q2Q1输出）

用设计七进制计数器为例：

CKA接入脉冲信号，CKB接Q0，R9

（1）、R9

（2）接地，当为七进制时，输出信号为0111，Q2·Q1·Q0=1。

在Q2Q1Q0后连一个三与门，将高电平信号输入R0

（2）端即可完成7进制计数器。

实际电路图如图3-3所示：

图3-3七进制电路设计

3.2.360进制计数器设计

60进制计数器由一个6进制计数器与10进制计数器连接而成。

先设计好一个6进制和一个10进制计数器。

将10进制的输出信号接入控制6进制计数器芯片的CKA端，即可得到一个60进制的计数器。

具体电路图如图3-4：

图3-460进制计数器

3.360进制倒计时计数器

3.3.174LS192芯片简介

74LS192为带清零的同步BCD码可逆双时钟计数器。

DN为减法时钟，UP为加法时钟，TCU为进位输出，TCD为借位输出，PL为置位端。

74LS192引脚图如图3-5：

图3-574LS192引脚图

3.3.20-9进制倒计时变换

用6进制为例：

6转换为六进制为0110，故D3D0接低电平，D2D1接高电平。

减法时钟端接脉冲信号，置位端与借位输出端相连即完成了6进制的倒计时功能。

如图3-6所示：

图3-66进制倒计时

3.3.360进制倒计时计数器设计

60进制倒计时器由一个6进制和一个10进制倒计时计数器连接而成。

为10进制的减法时钟连一个脉冲信号，10进制计数器的置位端与6进制计数器的置位端相连，则把10进制计数器的信号传递给了6进制计数器，这样就完成了60进制倒计时器的设计。

如下图3-7所示：

图3-760进制倒计时计数器

3.4人工干预电路

3.4.1人工干预简介

为了缓解交通拥堵时的压力，若目前东西路通行一分钟后车辆还很挤，而南北路方向并无车量要求通行，可按下“人工干预”按钮，于是，在目前的1分钟周期结束时，仍然是南北路方向亮红灯，东西路方向亮绿灯，延长放行1分钟，而后自动转入正常的交替工作时序如同未出现过某一方向车量中断的情况一样。

3.4.2人工干预具体过程实现

人工干预电路主要由电源、按钮、时钟脉冲、RS触发器及两个与门构成。

RS触发器的R端与60进制计数器相连，S端与一个电源与按钮相连。

两个与门分别为60进制计数器和交通灯控制提供信号。

当按下按钮后，电源为RS触发器的S端提供高电平信号，输出端Q则输出高电平信号，与时钟脉冲通过与门后为60进制计数器提供信号，使60进制计数器开始计时。

此时，Q输出低电平与时钟脉冲通过与门后变为低电平，不能为后面的交通灯控制电路提供信号，所以交通灯的状态会暂停在按下按钮的时刻，从而达到人工控制的作用。

具体电路图如图3-8：

图3-8人工干预电路

3.5红黄绿灯控制电路

红黄绿灯电路主要由电源、JK触发器、7485、与门、非门、红黄绿灯构成。

总电路图如图3-9所示：

图3-9红黄绿灯控制电路

3.5.1红绿灯控制电路

南北方向的红灯与东西方向的绿灯是同步的。

当CLK没接到脉冲信号，JK端都与电源相连时，输出端Q输出低电平，Q输出高电平信号与另一高电平通过与门得高电平信号使红灯亮，在红灯上连一个非门，即表示红灯亮时绿灯不亮。

3.5.2黄灯控制电路

相比红绿灯而言，黄灯具有5秒闪烁功能，因此黄灯控制电路较为复杂，要用一个比较器。

7485为一个四位数字比较器，其引脚图如3-10所示：

图3-107485引脚图

此次设计的黄灯的效果是在倒计时5秒时闪烁5下，所以当60进制计数器变为05时，黄灯开始闪烁。

故将7485芯片里的A3A2A1A0端与倒计时计数器的个位控制芯片的输出端Q3Q2Q2Q1端相连，B0B3接低电平，B1B2接高电平。

当信号通过7485芯片后，若QA

在此后面加一个与门，即表示当十位为0000个位为0110时输出高电平信号。

与前面的脉冲信号接一个与门后，即可控制黄灯在最后5秒闪烁。

3.6设计总电路及元器件清单

3.6.1总电路

总电路如图3-11所示：

图3-11总电路图

3.6.2元器件清单

元器件清单如表3-12所示

序号

材料名称

型号

数量

十进制同步加减计数器

74ls192

十进制计数器

74ls90

比较器

7485

与门

若干

非门

7404

非门

74ls04

触发器

4027

555定时器

NE555

电阻

黄绿红灯

7SEG-BCD数码管

表3-12元器件清单

第四章设计结果及分析

4.1设计结果

当电路开始运行后，南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，此状态持续到倒计时显示5秒时。

当倒计时到5秒时，红绿灯都熄灭，黄灯闪烁5秒后南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，在没人工干预的前提下如此交替循环。

若目前东西路通行一分钟后车辆还很挤，而南北路方向并无车量要求通行，可按下“人工干预”按钮，于是，在目前的1分钟周期结束时，仍然是南北路方向亮红灯，东西路方向亮绿灯，延长放行1分钟，而后自动转入正常的交替工作时序如同未出现过某一方向车量中断的

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