1、課 程 設 計十字路口自動紅綠燈指揮系統設計題目 學生姓名 學 號專業班級指導教師 2015 年 7 月 30 日目錄一、主要指標及要求····································· 1二、方案選擇&#

2、183;·········································· 1三、工作原理分析·····

3、3;································· 1四、單元模塊設計及分析··············

4、83;·················· 24.1時鐘信號脈沖發生器設計··························24.2定時器設計·&#

5、183;····································44.3 延時電路設計···········

6、83;························54.4狀態轉換電路設計·······················

7、83;········ 6 4.5置數組合邏輯設計································ 7五、總電路圖······

8、;····································· 9六、設計心得···········

9、83;······························· 9七、參考文獻·················&

10、#183;························· 10十字路口自動紅綠燈指揮系統 班級： 指導老師: 學生： 學號：一、主要指標及要求 1.自動完成綠黃紅綠工作循環； 2.每種信號燈亮的時間不等，如：綠燈亮20秒黃燈亮5秒紅燈亮15秒，如此循環； 3.用倒計時的方法，數字顯示當前信號的剩余時間，提醒行人和司機； 4(*) 信號燈的時間分

11、別可調，以適應不同路口，不同路段交通流量的需求。二、方案選擇3、 工作原理分析 本電路分為五個模塊，即時鐘信號脈沖發生器、定時器、延時電路、狀態轉換電路、置數組合邏輯電路。其中由555定時器組成的時鐘信號脈沖發生器為由兩片74LS192計數器組成的定時器電路提供1Hz的脈沖信號，使計時器能夠正常計數。由三片雙四選一數據選擇器組成的置數組合邏輯電路分別為計數器置19s、4s、14s和0s等不同的數。當計數歸零時，計數器的溢出信號使雙D觸發器的狀態發生跳轉，同時控制著綠黃紅燈的亮滅，使得綠黃紅燈亮時，定時器分別置19s、4s、14s。延時電路起到延時作用，當計數器計數歸零時，溢出信號通過延時電路先

12、使觸發器狀態發生翻轉，再加載信號，使計數器置一個新數。四、單元模塊設計及分析4.1時鐘信號脈沖發生器 時鐘信號脈沖發生器選用555定時器主要用來產生秒脈沖信號。脈沖信號的頻率可調，所以可以采用555組成多諧振蕩器，其輸出脈沖作為下一級的時鐘信號。555定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規模集成器件。555定時器的電源電壓范圍寬，可在516V工作，最大負載電流可達200mA。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。555定時器構成多諧振蕩器，組成信號產生電路 接通電源后，VCC通過電阻R1、R2給電容C充電，

13、充電時間常數為（R1+R2），電容上的電壓vC按指數規律上升，當上升到VREF1=2VCC/3時，比較器C1輸出高電平，C2輸出低電平，RS=10，觸發器被復位，放電管T28導通，此時v0輸出低電平，電容C開始通過R2放電，放電時間常數約為R2C，vC下降，當下降到VREF2=VCC/3時，比較器C1輸出低電平，C2輸出高電平，RS=01，觸發器被置位，放電管T28截止，v0輸出高電平，電容C又開始充電，當vC上升到時VREF1=2VCC/3，觸發器又開始翻轉。如此周而復始，輸出矩形脈沖。其電路原理圖如下： 電路的振蕩周期為： 振蕩頻率為 脈沖的占空比為： 要產生1Hz的脈沖信號，選取電路參數

14、，代入公式得：。下圖是輸出端out接示波器后的仿真波形圖：4.2定時器定時器選用可逆計數器74192，置數組合邏輯為定時器提供19、4、14秒的定時信號分別控制控制器狀態的轉換，當倒計數到零時，計數器產生的回零信號提供給雙D觸發器的CLK端，使觸發器翻轉，從而使不同顏色交通燈狀態發生跳轉。計數器由兩片74192構成，由雙D觸發器的輸出Q1Q0決定預置時間，Q1Q0=00時，預置時間為19秒，Q1Q0=01時，預置時間為4秒，Q1Q0=10時，預置時間為14秒,Q1Q0為11時，預置時間為0。第一片74192控制十位數字，第二片74192控制個位數字，由于進行的是減法計數，所以CLK端接地，兩個

15、端和兩個CPU端均接高電平，低位的CPD端接555定時器的輸出脈沖信號，每當上升沿到來時，計數器記一次數；低位的端與高位的CPD端相連，當低位的計數器計到零時，高位計數器開始計數。當最高位的QD計到零時，將它與端通過一個非門相連，使端變為高電平，從而重新計數。 定時器選用的是74LS192,74LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能,其引腳排列圖及功能表如下： 74LS192功能表RLDCPUCPD功能HXXX復位LLXX預置LHH加計數LHH減計數192 為可預置的十進制同步加/ 減計數器， 共有54192/74192，54LS192/74LS192 兩種

16、線路結構形式。其主要電特性的典型值如下： 192 的清除端是異步的。當清除端（LR）為高電平時，不管時鐘端（CPD、CPU）狀態如何，即可完成清除功能。192 的預置是異步的。當置入控制端（LD）為低電平時，不管時鐘CP的狀態如何，輸出端（Q0Q3）即可預置成與數據輸入端（AD）相一致的狀態。192 的計數是同步的，靠CPD、CPU同時加在4 個觸發器上而實現。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同時變化，從而消除了異步計數器中出現的計數尖峰。當進行加計數或減計數時可分別利用CPD或CPU，此時另一個時鐘應為高電平。4.3延時電路 倒計時歸零后，必須先使雙D觸發器的狀態發生翻轉，然后才能發出

17、信號，使計數器重新計數，所以必須讓溢出信號通過一個延時電路輸出給，用可調的RC延時電路，既方便又簡單。具體電路如下： 4.4狀態轉換電路 由于有綠黃紅三種狀態，所以狀態轉換電路選用雙D觸發器，第一個觸發器的CLK端接時鐘信號，第二個觸發器的CLK端接第一個觸發器的端，當上升沿到來時，觸發觸發器的狀態翻轉一次，但雙D觸發器總共有4種狀態：00、01、10和11，其中00、01和10狀態分別控制綠燈、黃燈和紅燈，將11狀態設置為綠黃紅燈全滅，且置0秒，狀態轉換表如下：燈狀態次態要置的數十位個位Q1Q0Q1*Q0*D1C1B1A1D0C0B0A0綠G00011900011001黃Y011040000

18、0100紅R101114000101001100000000000 由狀態轉換表可設計出控制綠黃紅燈亮滅的組合邏輯電路，其方程如下：G=Y=R=觸發器次態或通過7408與門芯片和500限流電阻與分別于紅黃綠小燈相連，觸發器的端分別于置數組合邏輯的AB端相連，當為00，為01時，綠燈亮，且置19秒；當為01，為10時，黃燈亮，且置4秒；當為10，為11時，紅燈亮，且置14秒；當為11，為00時，綠黃紅燈全滅，且置0秒。雙D觸發器74LS74及四二輸入與門7408的芯片引腳圖如下：狀態轉換電路如下：4.5置數組合邏輯置數組合邏輯選用三片雙4選1數據選擇器74LS153，其中第一片74LS153的1

19、Y端接高位74LS192的A端，控制十位數字；第二片74LS153的1Y和2Y和第三片74LS153的1Y和2Y分別接低位74LS192的A、B、C、D端，控制個位數字，三片74LS153的A、B端連在一起，并分別與兩個觸發器的Q端相連，每當觸發器的狀態翻轉一次，就置一個新的數，置數組合邏輯真值表如下：燈狀態次態要置的數十位個位Q1Q0Q1*Q0*D1C1B1A1D0C0B0A0綠G00011900011001黃Y0110400000100紅R101114000101001100000000000置數組合邏輯電路圖如下：雙4選1數據選擇器引腳圖如下：五、總電路圖六、設計心得對于此次課程設計，總

20、的來說，我們成功了。我們小組三個人絞盡腦汁，同心協力，共同完成了我們的課程設計。我們的設計共分設計仿真電路和實際電路搭建兩部分。在設計仿真電路的過程中，我們采取一部分一部分的分析，查閱各種資料，參考了許多相關書籍，可是還是遇上了不少困難，我們不僅要搞清楚各種芯片的使用方法，還要考慮它們之間的連接能達到什么功能，為了實現仿真，我們廢寢忘食，我們通過在草稿紙上畫真值表、卡諾圖以及狀態轉換圖等來將功能要求表示清楚，更加直觀方便。在最后連好總電路圖仿真的時候，基本功能可以實現了，就是綠紅黃按相應要求跳轉后，第四個空狀態不能置零，總是置成四秒，我們經過討論后加上了延時電路，然后電路就正常了，仿真電路就此完成。在實際電路搭建的時候碰到的問題就更多了，由于電路連線較多，很容易連錯，再加上實驗電路箱和面包板以及芯片和線路接觸不良等問題，我們小心翼翼的連好了各部分電路，將各部分分開調試，發現計數器的數碼顯示管總是每隔2倒計時計數，而且計數不穩定，我們仔細的檢查了電路連線，發現沒有錯誤，我們就懷疑是面包板的問題，所以我們換了面包板后，計數器就正常了，但是我們調試了每個模塊都沒有發現錯誤，把整個電路連起來功能總是實現