数字电子课程设计单行道十字路口简易交通灯

河南理工大学数字电子课程设计单行道十字路口简易交通灯（2010-12-30学院：电气与自动化学院专业：电子信息工程班级：08—3班姓名：指导老师：摘要此次设计，我选择设计《单行道十字路口简易交通灯》。利用555定时器芯片构成多谐振荡器产生脉冲，产生的脉冲作为74LS161构成的定时计数器的CP输入，使计数器从0到7一次计数。计时器输出的数据通过两片74LS138译码器芯片，然后控制甲乙车道两组信号灯（发光二极管）的定时亮灭。每组红，黄，绿三个灯。实现前3t内甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮，下一个1t内，甲车道变黄灯亮，乙车道仍然红灯。1t后甲车道变红灯，乙车道变绿灯。甲车道的红灯持续4t，乙车道的绿灯持续3t后变黄灯，1t后再变红灯。然后按此规律甲乙车道交替实现通车，停车的指示功能。关键词：交通信号灯自动控制系统脉冲定时控制译码动态显示目录摘要 2目录 3第1章绪论 41.1设计任务 4设计要求 4第2章 系统总体方案设计 52.1总体原理方框图 5电路器件选择 52.3状态转换 5第3章 具体逻辑电路分析设计 63.1多谐振荡电路 63.1.1555定时器 63.1.2555定时器构成多谐震荡器 73.2控制电路 83.2.1计数器74LS161 8 161计数器构成倒计时器控制电路 93.3译码器电路 103.3.174LS138译码器 103.3.2译码电路 103.4总体电路设计及原理图 113.5原器件清单 123.6结果 123.6.1仿真结果 123.6.2实际电路制作结果 12第4章 课程设计体会 13第5章 参考文献 14第1章绪论通过数字电子课程的学习，我们已经掌握了基本逻辑门，常用数字芯片的功能。能够分析并设计简单的组合，时序逻辑电路。然而要想更深一步了解和熟练掌握数字电子的应用，我们需要把学到的理论知识应用到实际生活中，并多动手实践。数字电子课程设计就为我们提供了很好的锻炼机会。交通灯是我们再熟悉不过的控制系统了，在生活中发挥着中重要的作用，随个电子技术的不断进步，交通灯的功能设计也不断强大。在这里我用简单的电路来熟悉交通灯的工作原理。熟悉数子电子技术中非常重要的几个芯片：定时器NE555，计数器74LS161，译码器74LS138，与非门74LS00,74LS20.1.1设计任务单行道简易交通灯的设计，可以通过红，黄，绿灯的定时交替变换实现对单行道十字路口车辆的控制。此项课题设计需要熟练掌握555定时器，74LS161计数器,74LS138译码器,74LS00二输入与非门和74LS20四输入与非门的功能及管脚连接方法。需要掌握利用555定时器构成多谐震荡器的电路设计，掌握161计数器清零电路的链接和应用，掌握138译码器和与非门构成的控制电路控制逻辑函数的实现。同时学习了Multisim软件画电路图，实现电路模拟仿真。进一步学习了规范制作word文档的方法。1.2设计要求1.画出电路图，原理图并进行仿真。2.分析各部分模块功能，元器件及参数选择。3.编写实验报告，附上相关电路图，资料和心得体会。4.按照设计要求做出实物。5.对事务进行测试，验证电路设计原理的正确性可行性。系统总体方案设计2.1总体原理方框图脉冲发生器脉冲发生器控制器定时器计数器译码器甲车道信号灯乙车道信号灯电路器件选择23kΩ6个。2.3状态转换状态1（000~010）：甲车道（东西方向）绿灯亮，通行。乙车道（南北方向）红灯亮，等待。状态2（011）：甲车道（东西方向）黄灯亮，提醒。乙车道（南北方向）红灯亮，等待。状态3（100~110）：甲车道（东西方向）红灯亮，等待。乙车道（南北方向）绿灯亮，通行。状态4（111）：甲车道（东西方向）红灯亮，等待。乙车道（南北方向）黄灯亮，提醒。具体逻辑电路分析设计3.1多谐振荡电路555定时器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。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称作7555。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作。其内部电路结构如图3.1-1所示。其功能表如表3.1-2所示。输入输出阀值输入（V1）触发输入（V2）复位（RD）输出（V0）放电管T××00导通<2/3Vcc<1/3Vcc11截止>2/3Vcc>1/3Vcc10导通<2/3Vcc>1/3Vcc1不变不变3.1.2555定时器构成多谐震荡器系统所需要的秒脉冲有定时器NE555所构成的多谐振荡器提供。NE555外引脚图如图3.1-3所示，其中1管脚是接地端，8脚正电源端Vcc，2脚低触发端TR，6脚高触发端TH,3脚是输出端OUT，4脚是主复位端。5脚控制电压端。7脚放电端DISC。多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡电路，多谐振荡电路没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素作用下电路在两个暂稳态之间来回转换，故又称无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图3.1-4所示，R1,R2和C是外接定时元件，将放电端（7脚）接到R1,R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压Uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出U0为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压Uc按指数规律上升，当Uc上升到（2/3）VCC时，输出U0为低电平，放电管VT导通，把Uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放＝R2C0随着C的放电，UC下降，当Uc下降到（1/3）Vcc时，输出U0。为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容C充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间变化。图所示为工作波行。3.2控制电路计数器74LS16174LS161是常用的四位二进制可预置数同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统中实现计数分频等重要功能。其外部管脚图如图3.2-1所示。。161计数器的基本功能是对输入时钟脉冲进行计数，它可以用于分频，定时，产生节拍脉冲和脉冲序列及进行数字运算等等。其逻辑功能表如图3.2-2。异步清零QDQCQBQA=0同步并行置数QDQCQBQA=DCBA保持原有状态不变QDQCQBQA=QDQCQBQA计数CP每来一个上升沿，计数器的值增1清零预置使能时钟预置数输入输出RDLDEPETCPABCDQAQBQCQDL××××××××LLLLHL××ABCDABCDHHL××××××保持HH×L×××××保持HHHH××××计数161计数器构成倒计时器控制电路倒计时器由一片74LS161和一个与非门构成，利用同步清零接法构成七进制计数器，其组成图3.2-3所示。2脚端口接入由多谐振荡器产生的CP脉冲，驱动芯片开始计数，输出端QA~QC接入138译码器控制后续电路高低电平输出。QD引出接与非门取反，送入1脚同步清零端口。实现0~7状态计数。000~001~010~011~100~101~110~1113.3译码器电路74LS138译码器74LS138是3线—8线二进制译码器，他有3个输入端A2，A1，A0。8个输出端Y0~Y7，输出为低电平有效，G1,G2A,,G2B译码电路两片74LS138芯片分别编号A，B芯片，A片通过输出端口接与非门电路控制甲车道信号灯，B芯片控制乙车道信号灯。A,B芯片的输入端A,B,C都接计数器QA~QC的输出端。Y0Y0~Y274ls138甲芯片甲车道绿灯Y3甲车道黄灯Y4~Y7甲车道红灯74LS138乙芯片Y0~Y3乙车道红灯Y4~Y6乙车道绿灯Y7乙车道黄灯因为138译码器有效输出为低电平，而控制二极管发光需要高电平，所以根据控制关系译码器输出端接与非门，以实现定时控制信号灯发光时间与变换关系。此块儿电路用到芯74LS00，其内部集成四块儿二输入与非门。74LS20，其内部集成两块儿四输入与非门。总体电路设计及原理图3.5原器件清单原器件名称电阻电容二极管参数23KΩ470Ω100uF100nf红色黄色绿色数量2个6个1个1个2个2个2个芯片：NE555一片74LS161一片74LS138两片74LS00一片74LS20两片3.6结果仿真结果在软件Multisim中编入电路图，仿真测试显示电路可以按照设计要求正常工作。实际电路制作结果规范按照电路板焊接要求，依据总体