1、數字交通燈控制電路的設計數字交通燈控制電路的設計摘 要 此電路由定時器 NE555 構成的多諧振蕩器產生秒脈沖，兩塊 74LS192 芯片級聯成 61 進制倒計時器，計時器輸出的數據通過兩塊 74LS48 譯碼器最終由兩塊七段數碼管顯示出來。計時部分由倒計時器與邏輯門構成定時器，在每隔 55秒或 5 秒輸出一個脈沖，觸發狀態控制器工作。狀態控制器控制著信號燈的轉換。目 錄1 引言.12 總體方案論證與設計.23 具體邏輯電路設計.33.1 秒脈沖.3倒計時器.4時間顯示器.5定時器、狀態控制器.6信號燈顯示.7總電路設計.84 結論.95 參考文獻.101 引言引言 交通燈是我們最常見的系統，

2、隨著科技的日益創新，交通燈的設計也多式多樣，不同的地點不同的路況需要不同的交通燈，但其設計原理都是大同小異的。我們這次的設計是用硬件實現交通燈的全部功能。 這里用簡單的電路來介紹交通燈的工作原理。介紹了數字電子技術中非常重要的幾個芯片：定時器 NE555、4 位十進制可逆同步計數器（雙時鐘）74LS192、七段顯示譯碼器 74LS48、帶小數點（DP）的七段數碼管、數據分配器 74LS138。隨著社會的發展，電子技術也日新月異，因而掌握這門技術至關重要。 2 總體方案論證與設計總體方案論證與設計1、 方案方案方案 1：由定時器 NE555 構成的多諧振蕩器產生秒脈沖，兩塊 74LS192 芯片

3、級聯成61 進制倒計時器，計時器輸出的數據通過兩塊 74LS48 譯碼器和兩塊七段數碼管顯示出來。由倒計時器與邏輯門構成定時器，在每隔 55 秒或 5 秒輸出一個脈沖，觸發狀態控制器工作。狀態控制器控制著信號燈的轉換。方案 2：方案 2 與方案 1 很大一部分都相同，就定時器那一塊有差異。定時器由兩塊 74LS162（4 位十進制同步計數器）進行計數而不用倒計時器計數。綜合考慮，方案 1 比方案 2 所用的器件要少，比較經濟。而且方案 1 容易連接。易于生成。所以選擇方案 1 比較好。2、信號轉換信號轉換狀態 1（00）：東西方向車道的綠燈綠燈亮，車道，人行道通行；南北方向車道的紅燈紅燈亮，車

4、道，人行道禁止通行。狀態 2（01）：東西方向車道的黃燈黃燈亮，車道，人行道緩行；南北方向車道的紅燈紅燈亮，車道，人行道禁止通行；狀態 3（10）：東西方向車道的紅燈紅燈亮，車道，人行道禁止通行；南北方向車道的綠燈綠燈亮，車道，人行道通行；狀態 4（11）：東西方向車道的紅燈紅燈亮，車道，人行道禁止通行；南北方向車的黃燈黃燈亮，車道，人行道緩行；3 具體邏輯電路設計具體邏輯電路設計 3.1 秒脈沖秒脈沖系統所需要的秒脈沖由定時器 NE555 所構成的多諧振蕩器提供，多諧振蕩器如圖 11（a）所示，圖中 NE555 外引線排列如圖 11（b）所示。其中 1腳是電路地 GND；8 腳是正電源端 U

5、cc，工作電壓范圍為 518V；2 腳是低觸發端 TR；3 腳是輸出端 OUT；4 腳是主復位端 R；5 腳是控制電壓端 Uc；6 腳是高觸發端 TH；7 腳放電端 DISC。R1、R2 和 C 為定時電阻和電容，C1 為電壓控制端穩定電容。在信號的輸出端產生矩形脈沖，其振蕩頻率為 f=1.44/( R1+2R2)C 。NE55548762135C1CNE555GNDTROUTRDISCTHUcUcc12345678R1R2圖 1-1(a)圖 1-1(b)3.2 倒計時器倒計時器 倒計時器由兩位 4 位十進制可逆同步計數器（雙時鐘）74LS192、一個非門和一或門構成。其組成如圖 21（a）所

6、示，其中 74LS192 是上升沿觸發，CPU 為加計數時鐘輸入端；CPD 為減計數時鐘輸入端；LD 為異步預置端，低有效；CR 為異步清零端，高有效；CO 為進位輸出端，當 1001 后輸出低電平；BO 為借位輸出端，當 0000 后輸出低電平；D3D2D1D0 為數據預置端；Q3Q2Q1Q0 為數據輸出端。倒計時器初始狀態為 01100000，當輸入一個脈沖，計時器就會減一。低位的狀態是 0000 時，再來一個脈沖，BO 端就會由 10，這是高位的 CPD 端由 01。高位因得到一個上升沿，從而觸發，進行減1 運算。低位的狀態變為 1001。當高低位的狀態都為 0000 時，它們的 LD

7、端就會接低電平，從而進行異步置數。計時器狀態變為 01100000。秒脈沖再來就會重復以上操作。.CPUCPDCRQQQQ3210-CO-BOLDDDDD321011174LS192CPCPCRQQQQDDDDUD32103210-COBOLD74LS192CP=1圖2-13.3 時間顯示器時間顯示器時間顯示器由兩片七段顯示譯碼器 74LS48 和兩片半導體數碼管構成。其組成如圖 31（a）所示，74LS48 的外引線排列如圖 31（b）所示。A3A2A1A0 組成 8421BCA 碼為輸入端，YaYg 為輸出端。LT、RBI、BI/RBO為使能控制端，都是低有效。LT 為燈測試輸入端，RBI

8、 為滅零輸入端，BI/RBO 為滅燈輸入/滅零輸出端。此半導體數碼管為帶小數點（DP）的七段數碼管，分為共陰和共陽型。共陰型數碼管的 COM 端接低電平，共陽型的則接高電平。 Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg74LS48(十位)A3 A2 A1 A0 LT RBI BI/RBDd e com f gd e com f ga b com c DpgafbdecDpYa Yb Yc Yd Ye Yf Yg74LS48(個位)A3 A2 A1 A0 LT RBI BI/RBDd e com f gd e com f ga b com c DpgafbdecDp(a)圖 3-112345678

9、1615141312111097 74 4L LS S4 48 8VccYfYgYaYbYcYdYeA1A2LTBI/RBORBIA3A0GND(b)3.4 定時器、狀態控制器定時器、狀態控制器定時器由倒計時器、兩個與門、兩個與非門和一個或非門構成。邏輯門所構成的電路如圖 41 所示。狀態控制器有兩個 JK 觸發器級聯而成，如圖 51 所示。狀態控制器實質是一個 2 位二進制異步加法計數器，下降沿觸發。當倒計時器的狀態為 01100000（60）或 00000101（5）時，定時器輸出 0，其余狀態都是是輸出 1。倒計時器的初狀態為 01100000，即定時器的初態為 0，倒計到 000001

10、01 之前定時器的輸出都為 1，當到 00000101 時，定時器輸出為 0。狀態控制器得到下降沿而觸發。狀態控制器到下一個 01100000 時再次觸發。同時狀態跟隨轉變。這就實現了狀態首先隔 55 秒轉換一次，接著隔 5 秒轉換一次，然后再隔 55 秒轉換。如此循環就可以實現定時信號轉換的目標。 = =&圖4-1定時器74LS138A0A1A212345678161514131211109STB74LS138Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A2A1A0STASTBSTC1STCSTAY7GNDUccY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6&QQQQ011JC111L1JC111L圖5-13.5 信號燈

11、顯示信號燈顯示此部分由一個數據分配器 74LS138、兩個與門和 6 個發光二極管構成。其結構如圖 61（a）所示。74LS138 的外引線排列如圖 61 (b)所示，其中A2A1A0 是 3 個二進制代碼輸入端；Y7Y0 是 8 個輸出端，低電平有效；STA、STB、STC 是使能控制端。當 STA=1 且 STB+STC=0 時，分配器才工作。制造二極管的材料不同就會發出不同的光。圖 6-1(a)圖 6-1(b)總電路設計總電路設計NE555R1R2CU0c1c14800K4800K0.1uF48762150.01uF3Ucc=+5v .CPUCPDCRQQQQ3210-CO-BOLDDD

12、DD321011174LS192CPCPCRQQQQDDDDUD32103210-COBOLD74LS192CP=1圖2-1Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg74LS48(十位)A3 A2 A1 A0 LT RBI BI/RBDd e com f gd e com f ga b com c DpgafbdecDpYa Yb Yc Yd Ye Yf Yg74LS48(個位)A3 A2 A1 A0 LT RBI BI/RBDd e com f gd e com f ga b com c DpgafbdecDp(a)圖 3-1=&圖4-1定時器QQQQ011JC111L1JC111L圖5-17

13、4LS138A0A1A212345678161514131211109STB74LS138Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A2A1A0STASTBSTC1STCSTAY7GNDUccY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6&. .4 結論結論 5 5 參考文獻參考文獻1 陳晰.數字電路試驗技術基礎.北京：電子工業出版社，19992 李元.數字電路與邏輯設計.南京：南京大學出版社，19973 郝波.數字電子技術，西安：西安電子科技大學出版社，20044 郭斌.數字邏輯電路.北京：電子科技大學出版社，19955 程震先.數字電路實驗與應用.北京：北京理工大學出版社,19991.設計題目：簡易交通燈設計1.1 設計目的：（1）能獨立查閱、整理、分析有關資料 （2）能用數字集成電路完成設計任務 （3）掌握脈沖產生、整形與分頻電路（4）掌握計數、譯碼與顯示電路1.2 基本要求：(1) 模擬東西南北兩路交通指示燈（2） 紅燈亮 60 秒，黃燈亮 5 秒，綠燈亮 55 秒（3） 數碼倒計時顯示1.3 用硬件電路完成全部或部分功能2.設計過程的基本要求：2.1 基本部分必須完成，發揮部分可以根據自己的能力有選擇的完成。2.2 符合設計要求的報告一份，其中包括邏輯電路圖。2.3 設計過程中的草稿要求保留，并隨設計報告一起上交。3.報告的基本要求：3.1 要求用 A4 紙打印，不允許復印。3.2