第三章 数字电路课程设计
课程设计1：交通灯逻辑控制电路设计
一、简述：
为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制电路的系统框图如图3.1.1所示：
手动、单步 ≥1 分频 时标 东西方向 EW G Y R 南北方向 NS G Y R 系统控制电路
图3.1.1 交通灯控制器系统框图
二、设计任务和要求
设计一个十字路口交通信号灯控制器。基本要求如下：
1．满足图3.1.2顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。它们的工作方式有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄红灯亮。
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2．应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图3.1.3所示。图3.1.3中，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和。
南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮(5t)
南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮(1t) 南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮(1t) 南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮(5t)
图3.1.2 交通灯顺序工作流程图
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6
t NSG NSY NSR EWR EWG EWY 5t t 6t
图3.1.3 交通灯时序工作流程图
3．十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，进入下一步某方向地工作循环。例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为18，并使数显计数器开始减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮时，数显的值应为3，
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当减到“0”，时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为18。 4．扩展功能：
（1）灯的转换可以手动调整，夜间为黄灯闪耀。
（2）用LED发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。 三、可以使用的器件 74LS164（8位移位寄存器） 74LS161（4位二进制加法计数器） 74LS74 (双D触发器) 74LS04（六反相器） 74LS00（2输入端四与非门） 74LS08（2输入四与门） CC4511（显示译码器） LED（共阴极） 555定时器 若干电阻、电容 四、设计方案提示
根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图3.1.1，设计方 案可以从以下几部分进行考虑。 1．秒脉冲和分频器
因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5：1：6，所以，若 选4 秒(也可以3 秒)为—单位时间，则计数器每计4 秒输出—个脉冲，秒脉冲用555
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定时器构成的多谐振荡器实现，并通过触发器分频实现4秒（或其它规定时间）的单位时间。 2．交通灯控制器
由波形图可知，计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。 计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模 74LSl64八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。 3．显示控制部分
显示控制部分，实际是—个定时控制电路。当绿灯亮时，使加法计数器开始工作(用对方的红灯信号控制)，每来—个秒脉冲，使计数器加1，直到计数器绿灯灭而停止。译码显示可用七段泽码器，显示器用LED 显示器，计数器采用74LSl61。 4．手动／自动控制，夜间控制
这可用—选择开关进行。置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使交通灯处在某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。夜间时，将夜间开关接通，黄灯闪亮。 5．汽车模拟运行控制
用移位寄存器组成汽车模拟控制系统，即当某一方向绿灯亮时，则绿灯亮“G” 信号，使该路方向的移位通路打开，而当黄、红灯亮时，则使该方向的移位停止。 五、课程设计准备要求
1．查阅有关资料，了解74LS164、74LS74、74LS161、CC4511、LED、555等芯片的功能和管脚排列图。
2．设计出交通灯控制器各模块电路图（含所用元件参数）和总电路图。其中要求时标电路的输出信号频率为1Hz。进行实验时必须携带完整电路图。 3．按照给定的芯片设计电路。 六、调试说明
调试时先完成基本功能，若时间允许再进行扩展功能的设计。设计的电路调试在面包板上进行，调试时请注意：
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