数字电路实验10-7-13(统一版)

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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