电路设计.docx

1、电路设计1设计课题 交通信号灯控制电路设计2设计目的 习了一个学期的数字逻辑课程，这次的课程设计主要是要综合了解与运用所学的知识，通过这次的课程设计来检测这一学期所学的知识。通过制作来了解交通灯控制系统，了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用。交通灯控制系统主要是实现城市交叉路口红绿灯的控制。在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每个交叉路口都需要有一个准确的间间隔和转换顺序，这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理。本次的设计就是基于此目的而设计的。3设计任务 十字交叉路口分纵、横两组信号灯控制。 每组有红、绿、黄三色信号灯显示。 各干道亮灯顺序为：红绿黄红绿，红灯、黄

2、灯、绿灯的亮灯时间比例为3：2：1。 分别用2位（共4位）LED显示纵、横两路的绿灯亮时间。 设计该电路并画出整体电路原理图。 完成设计电路连接与调试。 写出设计说明书。二 设计方案比较及选择 基于设计目的与设计任务，我设计了两种方案实现红绿交通灯控制方案。以下是这两种方案的说明与比较。（一）方案说明：方案一： 采用1个双向移位寄存器74LS194来实现状态控制电路。输出端Q0接绿灯2，Q1接黄灯2，再将Q0与Q1相或接红灯1。首先将Q0置为1，Q1、Q2、Q3置为0，使绿灯2与红灯1先亮，接着进行移位，使黄灯2和红灯1亮。同样的，将Q2、Q3分别接绿灯1和黄灯1，Q2、Q3相或接红灯2，实现

3、另一路交通灯的控制。 倒计时计数电路，此方案采用2片74LS192来实现。将绿灯1与绿灯2相或接到74LS192的LD端，通过对74LS192置数“0010，0000”（20）来实现绿灯的倒计时计数。对于显示电路，此方案采用4片74LS48与4片LED，与计数器74LS192的综合使用来实现。采用2片74LS161以及若干与门、与非门、或门来实现延时电路。此部分采用32进制，首先输出一个脉冲，延时为20秒，接着输出另一个脉冲，延时为10秒，此时，将Y2通过非门连接到74LS161的CR端，来实现清零功能。使用电路选取前30种状态，将后两种状态排除，实现交通灯30秒的计时功能（绿灯20秒+黄灯1

4、0秒）。该部分功能完成之后，将Y1与Y2相或，接到状态控制电路。此部分电路原理图如下： 方案一延时电路 方案二：采用2双向移位寄存器74LS194来实现状态控制电路。首先对其进行置数，将Q0的值置为1，Q1、Q2、Q3的值置为0，将Q0与Q1用或门相接，接到绿灯1，再与Q2相或，接到红灯2，将Q2接到黄灯1。同样的，将低位的74LS194的Q0-Q1端接到相应的交通灯上，接着将M1M0置为“01”，实现移位功能，实现状态控制电路。倒计时计数电路，此方案采用4片74LS192来实现，一路绿灯用2片74LS192实现。将绿灯1和绿灯2分别接到74LS192的LD端，将其置数为“0010，0000”

5、（20），来实现绿灯的倒计时计数功能。显示电路则采用4片74LS48与4片LED，与计数器74LS192的综合使用来实现。采用1片74LS161以及一个与非门来实现延时电路，此部分电路相当于将1HZ的CP放大10倍，接到状态控制电路。电路原理图如下所示：方案二延时电路（二）方案比较： 方案一的状态控制电路与倒计时计数功能采用74LS194以及74LS192，易实现，与方案二一样。但是方案一的延时电路较方案二来说，更为复杂一点，用到的芯片较多，接线更为复杂，比较不容易掌握和理解，而方案二的延时电路只用了一片74LD161及一个与非门就可以实现，比较容易。相较之下，我采用方案二来实现此次的交通灯控

6、制电路。三 总体功能说明电路工作总体框图： 交通灯控制电路主要由以下几部分构成，分别为时序脉冲产生和分频电路、绿灯计时电路、绿黄灯初值预置电路、状态控制电路、显示电路等部分构成。状态控制器是系统的核心部分，由它决定交通灯处于哪一个运行状态。从而使相应的交通灯点亮，并决定下一个状态的预置电路该预置的绿灯和黄灯的预置值。状态控制电路是由寄存器74LS194来实现的。首先进行置数。将1（高电平）送给高位的Q0，使绿灯1、黄灯1、绿灯2、黄灯2在当前状态计时结束后，计数器置入下一个状态计数值并开始计数，如此循环往复。绿灯1和黄灯1亮时红灯2亮，绿灯2和黄灯2亮时红灯1亮。当绿灯亮时，红灯显示时间和绿灯

7、同步；当黄灯亮时，红灯显示时间为绿灯的值与黄灯的值相加。其他单元在状态控制电路的状态控制下有序的完成计时和计数转换。假定当前状态如绿灯亮时，结果分析如下：将绿灯的输入端接到计数器，对绿灯的亮灯时间进行计数，然后显示输出。绿灯熄灭时，数码管LED灭；绿灯亮时，计时器从20秒开始倒计时，此时，另一路的红灯亮。当计时递减到0时，状态控制器进入下一个状态，当另一路的绿灯亮时，计数器、显示器执行上述的功能，如此周而复始，完成交通灯的显示过程。四 各单元电路图及功能说明1 时序脉冲产生和分频电路a) 电路原理图 时序脉冲产生电路原理图b) 功能说明 时序电路是数字系统不可缺少的一个重要组成部分，因为数字电

8、路只有在时钟电路的驱动下才可正常工作。根据应用场合的不同，不同数字电路选择使用不同类型的时钟发生器。因为交通灯控制系统的秒信号精度不高，故选用555定时器。c) 所需器件 555芯片一个 51K、39K电阻各一个 10UF、0.01UF电容器各一个 非门芯片74LS04一个d) 芯片引脚图 2 倒计时计数电路b) 功能说明 倒计时计数电路主要由计数器构成，它在整个系统设计中的作用是实现计时计数，在此我选用减法计数器，因为本设计说明计时时间可预设，所以需要可预置数的计数器，综合以上要求，采用74LS192。当交通灯控制系统开始工作时，该部分电路将实现各种状态的转换功能。首先，将数码管显示一路绿灯

9、的预值（20秒），预值：0010，0000；当其减到0时，计数器产生借位，此时绿灯灭。直到此绿灯再次亮时，重复上述转换功能，实现倒计时计数。将绿灯的输出接到芯片的LD端，实现倒计时计数，CR端置0；CPD接1HZ的脉冲信号。Q3、Q2、Q1、Q0端分别接显示74LS48的A3、A2、A1、A0端。c) 所需器件74LS192 计数器d) 芯片引脚图3 状态控制电路a) 电路原理图 状态控制电路原理图b) 功能说明 74LS194为双向移位寄存器，当M1M0置为“11”时，首先对其进行置数，将Q0的值置为1，其余的置为0，再将Q0与Q1用或门相接，接到绿灯1，再与Q2相或，送给红灯2，Q2送给黄

10、灯1；同样的，将低位的74LS194的Q0-Q3端接到相应的交通灯。接着将M1M0置为“01”，实现移位功能，通过与或门芯片74LS32连用，实现交通灯循环亮灯的控制功能。c) 所需器件74LS194芯片-双向移位寄存器74LS32芯片 -2输入端4或门d) 芯片引脚图 双向移位寄存器74LS194 2输入端4或门74LS324 显示电路a) 电路原理图b) 功能说明74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器。它具有集电极开路输出结构，可以直接驱动共阴极数码管。因此，我选用74LS48来实现此部分功能。 将74LS48的4个输入端A3、A2、A1、A0分别与计数器74LS192的输出端

11、Q3、Q2、Q1、Q0相接，再将它的7个输出端接到数码管对应的引脚上，用来控制七段LED显示器的7个发光段。通过各芯片的综合使用，来实现显示功能。c) 所需器件 74LS48 -七段数码管译码器驱动器 LED数码显示器d) 芯片引脚图 七段数码管译码器驱动器74LS48 五 设计总结（一）调试过程 1.设计过程中，一开始由于思路不清晰，被各种芯片的功能搞得头晕脑涨。不同的芯片可以用来实现同一种功能，因此只能在了解了各芯片的具体功能以及设计要求之后，进行比较，选择符合要求的芯片来实现。2.在第一阶段设计交通灯的循环时，将双向移位寄存器74LS194的左循环与右循环（Dsr与Dfl）接错了，将低位

12、的Dsr接到高位的Dfl，导致交通灯不亮，经过检查之后，解决了这一问题。对于74LS194，当M1M0置位“11”时，会实现送数功能，即将输入端D0-D3的值相应的送给Q0-Q3实现初值的设定。当电路接好之后，通上电源，接上脉冲信号，发现绿灯1以及红灯2不亮，用万用表对电路各引脚的电位进行测量之后，发现当M1M0置位“11”时，没有实现送数功能，因此灯不亮。所以，我们认为是74LS194坏了，换了一个芯片之后，解决了这一问题。测试结果：绿灯1亮黄灯1亮绿灯2亮黄灯2亮 红灯2亮 红灯1亮3.第三阶段做一盏灯的倒计时计数电路时，计时器显示从20秒到00秒，当绿灯不亮时，LED显示的是20（初态）

13、，为了将此时的LED显示灭掉，在与同学讨论研究之后，将74LS48的第四个引脚RI/IRBO接到绿灯，将绿灯不亮时的LED显示灭掉。测试结果：LED显示倒计时，从20190100, 绿灯灭时，不显示数字。 4.第三阶段另一路绿灯的倒计时计数电路时，当电路接好之后，发现十位数的数字不显示，只显示了个位数，用万用表检测之后，发现高位的74LS192的接触不好，致使无法显示。通过调整，将74LS194芯片固定好之后，可显示十位数数字。调试结果：LED显示绿灯2倒计时，从20190100，绿灯灭时，不显示数字。 5.第四阶段实现两路交通灯的倒计时。循环控制时，由于各导线接触不好以及接电源接地等步骤的漏

14、掉，导致了一些问题，经过检查之后，发现并解决了问题，使电路完成了它的整体功能。 6.震荡电路的设计中，将555芯片的接地端接错了，导致电路无信号输入，在对照了芯片的引脚图之后，将接地端改正。 接好电路将脉冲接到电路中时，发现只有一路的绿灯倒计时功能正常完成，而另一路的倒计时功能出现异常，倒计时从20181614倒计，后来在将CP接到电路之前先接一个与非门，排除了这个异常现象，整个设计到此基本实现，各电路的功能都正常完成。（二）实习心得 万事开头难，一开始拿到设计题目，花了好长时间才进入状态，设计所需的电路图。通过这次的设计，我发现只要不放弃，在最困难的时候坚持下去，那么所有的事情都能迎刃而解。

15、开头是重要的，只有做好了，才能有好的结果。 学了一个学期的数字逻辑课程，直到这次课程设计时，才发现，原来自己掌握的知识那么有限，能够运用到实际中的知识更是少之又少。平时，我们都只是学习原理知识，但是没有进行实践。许多知识学了就忘，很难将他们长期的保存在脑海中。所以说，实践是检验真理的唯一标准。一切事物，对与不对，都需要通过实践来证明。同时，实践还是真正掌握知识、掌握技能的重要途径，一切的成就都来源于实践，空想是行不通的。（三）实习建议 课本知识固然重要，但是实践环节也是比不可少的，希望平时能够多提供一些实践动手环节，拓展我们多方面的思维。 实验器材清单 实验箱一台 双向移位寄存器74LS194 2片 计数器74LS192 4片 74LS161 、74LS32 、74LS04 各1片 74LS48 4片 震荡芯片555 1片 51K、36K、3K电阻器各一个 10UF、0.01UF电容器各一个 LED 4个