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数字电子电路课程设计_数字交通灯的设计

数字电子电路课程设计
数字交通灯
摘要
此电路由定时器NE555构成的多谐振荡器产生秒脉冲,两块74LS192芯片级联成61进制倒计时器,计时器输出的数据通过两块74LS48译码器最终由两块七段数码管显示出来。

计时部分由倒计时器与逻辑门构成定时器,在每隔55秒或5秒输出一个脉冲,触发状态控制器工作。

状态控制器控制着信号灯的转换。

目录
1 引言 (2)
2 总体方案论证与设计 (3)
3 具体逻辑电路设计 (5)
3.1 秒脉冲 (5)
3.2倒计时器 (6)
3.3时间显示器 (7)
3.4定时器、状态控制器 (8)
3.5信号灯显示 (10)
3.6总电路设计 (12)
4 结论 (13)
5 参考文献 (13)
1 引言
交通灯是我们最常见的系统,随着科技的日益创新,交通灯的设计也多式多样,不同的地点不同的路况需要不同的交通灯,但其设计原理都是小异的。

我们这次的设计是用硬件实现交通灯的全部功能。

这里用简单的电路来介绍交通灯的工作原理。

介绍了数字电子技术中非常重要的几个芯片:定时器NE555、4位十进制可逆同步计数器(双时钟)74LS192、七段显示译码器74LS48、带小数点(DP)的七段数码管、数据分配器74LS138。

随着社会的发展,电子技术也日新月异,因而掌握这门技术至关重要。

2 总体方案论证与设计
1、方案
方案1:
由定时器NE555构成的多谐振荡器产生秒脉冲,两块74LS192芯片级联成61进制倒计时器,计时器输出的数据通过两块74LS48译码器和两块七段数码管显示出来。

由倒计时器与逻辑门构成定时器,在每隔55秒或5秒输出一个脉冲,触发状态控制器工作。

状态控制器控制着信号灯的转换。

方案2:
方案2与方案1很大一部分都相同,就定时器那一块有差异。

定时器由两块74LS162(4位十进制同步计数器)进行计数而不用倒计时器计数。

综合考虑,方案1比方案2所用的器件要少,比较经济。

而且方案1容易连接。

易于生成。

所以选择方案1比较好。

2、信号转换
状态1(00):东西方向车道的绿灯亮,车道,人行道通行;南北方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行。

状态2(01):东西方向车道的黄灯亮,车道,人行道缓行;南北方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行;
状态3(10):东西方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行;南北方向车道的绿灯亮,车道,人行道通行;
状态4(11):东西方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行;南北方向车的黄灯亮,车道,人行道缓行;
3 具体逻辑电路设计
3.1 秒脉冲
系统所需要的秒脉冲由定时器NE555所构成的多谐振荡器提供,多谐振荡器如图1—1(a)所示,图中NE555外引线排列如图1—1(b)所示。

其中1脚是电路地GND;8脚是正电源端Ucc,工作电压围为5~18V;2脚是低触发端TR;3脚是输出端OUT;4脚是主复位端R;5脚是控制电压端Uc;6脚是高触发端TH;7脚放电端DISC。

R1、R2和C为定时电阻和电容,C1为电压控制端稳定电容。

在信号的输出端产生矩形脉冲,其振荡频率为 f=1.44/( R1+2R2)C 。

TH Uc
3.2倒计时器
倒计时器由两位4位十进制可逆同步计数器(双时钟)74LS192、一个非门和一或门构成。

其组成如图2—1(a)所示,其中 74LS192是上升沿触发,CPU 为加计数时钟输入端;CPD为减计数时钟输入端;LD为异步预置端,低有效;CR 为异步清零端,高有效;CO为进位输出端,当1001后输出低电平;BO为借位输出端,当0000后输出低电平;D3D2D1D0为数据预置端;Q3Q2Q1Q0为数据输出端。

倒计时器初始状态为01100000,当输入一个脉冲,计时器就会减一。

低位的状态是0000时,再来一个脉冲,BO端就会由1—〉0,这是高位的CPD端由0—〉1。

高位因得到一个上升沿,从而触发,进行减1运算。

低位的状态变为1001。

当高低位的状态都为0000时,它们的LD端就会接低电平,从而进行异步置数。

计时器状态变为01100000。

秒脉冲再来就会重复以上操作。

CP
图2-1
3.3时间显示器
时间显示器由两片七段显示译码器74LS48和两片半导体数码管构成。

其组成如图3—1(a)所示,74LS48的外引线排列如图3—1(b)所示。

A3A2A1A0组成8421BCA码为输入端,Ya~Yg为输出端。

LT、RBI、BI/RBO为使能控制端,都是低有效。

LT为灯测试输入端,RBI为灭零输入端,BI/RBO为灭灯输入/灭零输出端。

此半导体数码管为带小数点(DP)的七段数码管,分为共阴和共阳型。

共阴型数码管的COM端接低电平,共阳型的则接高电平。

(a)
图 3-1
Vcc
Yf
Yg
Ya
Yb
Yc
Yd
Ye
(b)
3.4定时器、状态控制器
定时器由倒计时器、两个与门、两个与非门和一个或非门构成。

逻辑门所构成的电路如图4—1所示。

状态控制器有两个JK触发器级联而成,如图5—1所
示。

状态控制器实质是一个2位二进制异步加法计数器,下降沿触发。

当倒计时器的状态为01100000(60)或00000101(5)时,定时器输出0,其余状态都是是输出1。

倒计时器的初状态为01100000,即定时器的初态为0,倒计到00000101之前定时器的输出都为1,当到00000101时,定时器输出为0。

状态控制器得到下降沿而触发。

状态控制器到下一个01100000时再次触发。

同时状态跟随转变。

这就实现了状态首先隔55秒转换一次,接着隔5秒转换一次,然后再隔55秒转换。

如此循环就可以实现定时信号转换的目标。

定时器
图4-1
Uc
c Y 0Y 1Y 2Y 3Y4Y 5Y 6
3.5信号灯显示
此部分由一个数据分配器74LS138、两个与门和6个发光二极管构成。

其结构如图6—1(a )所示。

74LS138的外引线排列如图6—1 (b)所示,其中A2A1A0是3个二进制代码输入端;Y7Y0是8个输出端,低电平有效;STA 、STB 、STC 是使能控制端。

当STA=1且STB+STC=0时,分配器才工作。

制造二极管的材料不同就会发出不同的光。

3.6总电路设计
R 1
R
2
C
4800K Ω4800K Ω
0.1uF 图2-1
4 结论
5 参考文献
[1] 晰.数字电路试验技术基础.:电子工业,1999
[2] 元.数字电路与逻辑设计.:大学,1997
[3] 郝波.数字电子技术,:电子科技大学,2004
[4] 郭斌.数字逻辑电路.:电子科技大学,1995
[5] 程震先.数字电路实验与应用.:理工大学,1999
1.设计题目:简易交通灯设计
1.1设计目的:(1)能独立查阅、整理、分析有关资料
(2)能用数字集成电路完成设计任务
(3)掌握脉冲产生、整形与分频电路
(4)掌握计数、译码与显示电路
1.2基本要求:
(1) 模拟东西南北两路交通指示灯
(2)红灯亮60秒,黄灯亮5秒,绿灯亮55秒
(3)数码倒计时显示
1.3 用硬件电路完成全部或部分功能
2.设计过程的基本要求:
2.1 基本部分必须完成,发挥部分可以根据自己的能力有选择的完成。

2.2 符合设计要求的报告一份,其中包括逻辑电路图。

2.3 设计过程中的草稿要求保留,并随设计报告一起上交。

3.报告的基本要求:
3.1 要求用A4纸打印,不允许复印。

3.2装订顺序为:封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、
正文、参考文献。

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