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文档简介
简易交通灯控制逻辑电路设计一、设计任务与要求要求实现逻辑功能,在1-3状态循环。1、东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮,时间15s;2、东西方向与南北方向黄灯亮,时间5s;3、南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,时间l0s;4、如果发生紧急事件,可以手动控制四个方向红灯全亮。二、方案设计与论证1、分解任务要求任务要求实际上就是4个状态,不妨设:S1、东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮,时间15s;S2、东西方向与南北方向黄灯亮,时间5s;S3、南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,时间l0s;S4、如果发生紧急事件,可以手动控制四个方向红灯全亮。【表1】主电路状态与指示灯状态转换主电路状态S1RS1GS2YS3RS3GS111S21S311S411灯数南北R2东西G2东南西北Y4东西R2南北G2注:R,G,B红,绿,黄灯。根据【表1】可知,设计电路只需要5组输出端控制指示灯,指示灯都是以2个或4个一组。总计需要个灯。2、输出指示灯状态设计(显示电路)【图1】显示电路设计3、主电路设计、主电路实现S1S2S3状态的转换, 、另外可以在任何一个状态进入S4,并能恢复正常工作状态。实现、可以用触发器,也可以用锁存器或使能电路。、实现S115S,S25S,S310S方案一、S1-S3使用2个SR锁存器,设置00,01,10三个状态。、S4使用触发器,当出现紧急情况,触发器由“0”进入S4状态“1”后,在解除紧急时,恢复“0”,进入S1状态。、使用4个JK触发器,实现16位计数。方案二、S1-S3使用2个7473替代的T触发器。【图2】1个7473替代的T触发器JK触发器包含SR触发器和T触发器的功能,J=K=T,则得到T触发器。、S4使用或门、非门实现,从【表1】可知:(不能出现红绿同时亮的情况)(不能出现红黄同时亮的情况)(不能出现红绿同时亮的情况)、使用74192同步可逆10进制计数器(8421码)2个方案对比【表2】方案项目实现方法优点缺点一S1-S32个锁存器简单电平触发,与时钟信号不匹配S4触发器解除紧急(S4)后指定回到S1T4个JK触发器复杂二S1-S32个T触发器下降脉冲触发,与时钟信号匹配S4或门、非门解除紧急(S4)后回到S1/S2/S3任一状态,不固定T2个74192计数器容易处理,可显示数值综合考虑,为使电路简化、运行稳定,选用方案二。三、单元电路设计与参数计算【图3】总体模块设计1、时钟控制系统:使用上升时序,个位、十位两片74192。进位关联使用个位TCU十位UP实现(Terminal Count Up (Carry) Line)。数据状态通过判断条件进入选择器74153。判断条件成立后执行清零。2、时序Sx控制:使用7473改装的TFF2个,实现S1S2S3状态的转换。 3、判断时钟、Sx:判断74192和7473的状态,满足条件输出74192的清零使能和7473的CLK信号。4、翻译SxLED,翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态:5、输出调整电路,令紧急电平开关控制LED的状态。四、总电路工作原理及元器件清单1总原理图【图4】2电路完整工作过程描述(总体工作原理)【图5】数据线分配【表3】数据线连接序号名称触发方式条件输出源输入A(Emergency)1紧急状态信号“紧急”电平开关741383CG91G101B/741921判断个位达到574192G074153BC/74192(2)1判断十位达到174192(2)3QA7415341C2112C1132C3TCU(Terminal Count Up (Carry) Line)个位从90同时输出一个脉冲7419212CO或称TCU74192(2)5UP或称CPUECLR/74153清零使能1B、C/74192Q0、Q1/7473的逻辑函数74153G474192G174192(2)G2Q0/74730,1状态触发条件7473121Q741381A7415314AQ1/74730,1状态触发条件747392Q741382B7415311G【表4】74192工作状态(个位)7419277419267419227419237419274192B数码管000000001100102001130100401015101106011171000810019注:不填0【表5】74192(2)工作状态(十位)7419277419267419227419237419274192B数码管00000000111注:不填0【表6】7473工作状态(双T触发器)用JKFF构成TFF则有:使2个T触发器的4状态循环变为3状态循环,使用作系统状态。由选择器74153判断。747392Q121Q747382Q131Q状态持续时间S1001115SS201105SS3110010S【图6】状态转换图【表7】74153工作状态(数据选择器)输入输出747392Q121Q741531474153274153174192(2)74153G4状态CECLRS1000101S2011101输入输出747392Q121Q7415314741532741531574192(2)74153G4状态CECLRS311101状态S110011S21011XS3111X1S0选择输入Common Select InputE选通输入Enable (Active Low) InputI0,I1数据输入Multiplexer InputsZ输出Multiplexer Output【图7】74153 Turth Table【图8】74153 Logic Symbol【表8】74138工作状态(3-8线译码器)74153PIN321输出LEDLEDLEDLEDLED74153NameS100011S20011S301111S410011101111101111111由于74138输出的是而不是,另外需要实现+的逻辑,所以增加G6G1来调整线路。后一页附图。【图9】74138 Turth Table【图10】74138 Connection Diagrams【图11】输出调整电路(G6G10)【表9】3元件清单元件序号型号主要参数数量备注7419274LS192十进制、LOAD低电平有效174192(2)74LS192十进制、LOAD低电平有效17415374LS1532组数据4选1选择器使能端Ea、Eb低电平有效1747374LS73JKT,2个T触发器17413874LS1383-8线译码器1G074LS00+74LS042输入与门1G1、G274LS002输入与非门1G3、G6、G7、G874LS042输入非门1G4、G9、G1074LS02+74LS042输入或门1G574LS862输入异或门1五、仿真调试与分析仿真使用EWB5.12。1、仿真技巧仿真过程中遇到了很多的问题,在遇到问题后根据除出现的情况按照逻辑真值表进行调整。使用EWB5.12的一些技术或仿真中的事项标记如下:、元件调整:双击原件即可调整原件参数。如果在运行状态,这个操作会导致总电源的关闭。、EWB中有红绿蓝三色灯,而红绿灯需要红绿黄三色,所以模拟中用蓝灯代替黄灯。、接线问题:当且仅当元件、结点不移动的情况下,连线不移动,新接连线会自动调整,可用鼠标移动到线上拖动,若线上出现小方框,说明线太密,不能移动。连线不能倾斜,全部横向或竖向。当第三点需要连接在线上是,可以从端点拖动到线上。EWB不允许出现悬空线,也不允许从导线开始延伸到端点。要连接两条悬空线AB,可以先利用第三个端点E引一条线到B,再移动E上的线到A。再弃置E。 、器件、结点圈选以后可以整体移动。圈内的器件、结点相对位置不会移动,导线两端均在圈内则不移动,导线两端在圈外亦不移动。导线一端在圈内,一端在圈外则会自动调整。 、调试、连线过程中使用额外的指示灯,并给跨芯片导线编号有利于检错。2、仿真记录:仿真过程中没有发现问题,电路运行正常,“五1”的指示灯状态与LED红绿灯运行状态匹配。【表10】仿真中的关键逻辑电平记录全部高电平有效PIN7473974731274192G074192(2)374153G4数码管数码管LEDLEDLEDLEDLEDName个位十位十位个位S00000000000S0S1000101011000S115s000-10-100-10-511000S1S200101111510100100S25s0100001-500100S2S301101010500100101S310s1100001-900011S3S11010001110010101010S4110000-1X100101High Level0Low LevelXDont CareNone0-5=0 To 5【图12】仿真截图见下一页S0:没有打开电源的状态。S1:东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮,时间15s。S0,S1,S2,S3中任一状态下打开电源会进入S1状态,数码管初始值为10。数码管最大显示为14,出现“15”的瞬间进入下一状态。(S2)S2:东西方向与南北方向黄灯亮,时间5s。数码管最大显示为04,出现“05”的瞬间进入下一状态。(S3)S3:南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,时间l0s。数码管最大显示为09,出现“10”的瞬间进入下一状态。(S1)S4:如果发生紧急事件,可以手动控制四个方向红灯全亮。此状态,有且仅有所有红灯为1,红绿灯不受主电路状态影响。附表:文中图、表目录页码表序号图序号名称31主电路状态与指示灯状态转换41显示电路设计521个7473替代的T触发器52方案对比63总体模块设计84总原理图95数据线分配103数据线连接11474192工作状态(个位)11574192(2)工作状态(十位)1267473工作状态(双T触发器)126状态转换图13774153工作状态(数据选择器)14774153 Turth Table14874153 Logic Symbol15874138工作状态(3-8线译码器)16974138 Turth Table161074138 Connection Diagrams1611输出调整电路(G6G10)179元件清单1910仿真中的关键逻辑电平记录2012仿真截图7473双j-k触发器(带清除端)负边沿J-K触发器Dual JK FF(Clr)JKFF7473功能输入输出清除0XXX001110维持11XX0110维持1000110异步置1110011010异步置0101001110Toggle切换11101101001JK触发器000110011010011101107473替代的T触发器JK触发器包含SR触发器和T触发器的功能J=K=T,则得到T触发器。7473替代的T触发器功能输入输出清除0XX001110维持11X0110T触发器100110Toggle切换1101101001T触发器【卓越商城2100】-电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信!快速!高效!您的最优化选择!00110110第 30 页 共 30 页74138 3-8线译码器/多路转换器双列直插16脚3-8线译码器3-to-8 DEC3-To-8-Line DemultiplexerDecoder/Demultiplexer使能端S01,使能;S00,禁止。S2S30使能,S2+S31禁止。输出Y0Y7为低电平有效。74153双4选1数据选择器/多路选择器Dual 4-to-1 Data Sel/MUXDual 4-input MultiplexerS0选择输入Common Select InputE选通输入Ena
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