1、交通信号灯可动控制器一设计目的1、巩固和加强数字电子技术课程的理论知识。2、掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。3、进一步对基本 JK 触发器，555 多谐荡器，计数器，译码显示器灯单元电路的综合应用。4、了解各个芯片的引脚，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。5、掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用 Multisum 软件来仿真电路。6、通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。巩固所学知识，加强综合能力，提高实验技能，启发创新能力的效果7、培养学生创新能力和创新思维。让学生通过动手动脑解决实际问题，巩固课程中所学的理论知识和实验技能。 二设
2、计任务设计一个交通灯控制电路,实现对城市十字路口的交通灯控制,技术要求（2人为一组）1. 东西方向绿灯亮 70s,南北方向红灯亮;2. 东西方向黄灯亮 5s,南北方向红灯亮;3. 南北方向绿灯亮 70s,东西方向红灯亮亮;4. 南北方向黄灯亮 5s,东西方向红灯亮;设计任务分析本实验的知识点为：任意进制数加减计数器设计，触发器，555 定时电路的工作原理以及基本控制逻辑电路的设计方法，参数计算和检测调试。（1）秒振荡电路应能输出频率分别为为 1Hz 幅度为 5V 的时钟脉冲，要求误差不超过 0.1S。为提高精度，可用 555 设计一个输出频率为 1Hz 的多谐振荡器（2）计数器电路应具有 75
3、 秒倒计时功能，可以通过 2 片 74LS190 级联来实现。（3）各个方向的倒计时显示可共用一套译码显示电路，只要用 2 个 4 输入的 BCD_HEX 数码管接 74LS190 的输出即可实现。（4）主控制电路和信号灯译码驱动用各种门电路和 JK 触发器组成，应能实现计时电路的转换、各方向信号灯的控制。三设计框图将整个电路分为 75秒一个工作周期，利用 74190N构成的可逆十进位计数器来作为计数器电路分别控制信号灯译码驱动器和译码显示器。通过 555定时器提供的输出脉冲信号控制黄灯的闪烁。图 1 十字路口交通信号灯控制示主干道主干道支干道支干道首先分析实际交通灯控制电路，从主干道（南北方
4、向）和支干道（东西方向）入手，路口均有红、黄、绿三个交通灯显示数码管。其示意图如图 1 所示：1系统工作流程图设红灯亮的时间是 75s，绿灯亮 70s，则黄灯亮 5s（假设先是主干道绿灯亮的情况）。主干道绿灯从 70s 减到 0，支干道红灯从 75s 减到 5s主干道黄灯从 5s 减到 0，支干道红灯从 5s 减到 0支干道绿灯从 70s 减到 0，主干道红灯从 75s 减到 5s支干道黄灯从 5s 减到 0，主干道红灯从 5s 减到 0图 2 系统工作流程2系统硬件框图硬件结构框图如图所示：振荡电路 计数器电路 主控制电路译码显示器信号灯译码驱动器图 3 硬件结构框图由于 Multisim
5、带有不需要译码的 4 输入 DCD_HEX 数码管，为了简便，在仿真电路中直接使用 DCD_HEX 数码管。四系统单元电路及设计原理(1) 秒脉冲发生器 秒振荡电路可由 555 多谐振荡器构成，参数计算如下：取 C2=10 F，要得到 1HZ 的方波信号，低电平时间 T2=0.5S，高电平时间T1=0.5S。由（R1+2R2）C*0.69=T，T1=(R1+R2)*C*0.69，T2=R2*0.69*C，得：R2=72.4k，R1=0，在仿真时，为了便于观察，可以缩短周期，这里取R2=724，R1=1 得到的近似为 100HZ 的方波。振荡电路输出的矩形波如下图(2) 状态控制器 由流程图可见
6、，系统有 4 种不同的工作状态，状态编码分别为11、10、01、00，状态编码为两个下降沿触发的 JK 触发器 74LS112 的输出：和 。BQA当为 11 时，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。当为 10 时，东西方向黄灯闪，南北方向红灯亮。当为 01 时，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。当为 00 时，东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪。JK 触发器由下面两路特殊的时钟信号驱动，所以会循环的在这四种状态之间转换。最上面的为 的时钟，中间的为为 的时钟，最下面的是为 555 定时器BQAQ得到的 1HZ 的时钟信号。 下降沿正好在第 75 个时钟处， 的下降沿有两个AQ一个在第 70 个时钟处，
7、另一个在第 75 个时钟处。这部分电路由纯粹的组合逻辑电路来实现：当两片 190 计数器的置数端都有效时（即输出为 00）， 的时钟信号为 0，否则为 1。设计组合电路，判断 BQ当两片 190 的输出为 05（即倒计时 70 秒）时，输出为 0，否则为 1。这样得到了这样两个波形：再把他们进行与操作，便可得到 和 的时钟信号。AQB和 的波形：前者在 70s 第一次下降，75s 再上升，后者直接在 75sAQB处才下降。(3) 状态译码器以状态控制器输出作译码器的输入变量，根据 4 个不同通行状态实现对主、支干道三色信号灯的控制要求，6 盏灯控函数真值表如表 1 所示。 表 1由真值表得灯控
8、函数逻辑表达式R=NOT ，Y= AND NOT ，G= AND BQAQBAQr= ，y=NOT AND NOT ，g= AND NOT BY 和 y 的控制信号在输入之前与时钟信号进行一下与操作，为了达到黄灯闪烁的效果。电路图如下：(4) 递减计时系统 计数器选用集成电路 74190 较简便。74190 是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190 没有专用的清零输入端，但可以借助 QA、QB、QC、QD 的输出数据间接实现清零功能。74190 功能表如表 2 所示。表 2选用两片 74190 时间控制可逆计数器，两片计数器之间采用异步级连方式，利用个位计数器的借位
9、输出脉冲直接作为十进制计数器的计数脉冲，个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。通过 VCC 和接地端对两片进行置数，左片 VCC 接低三位，最高位接地，从而实现置数 7，同样的操作原理令右片置数 5。输出端接的都是或门电路，所以只有当全是 0 时，最上面的或门电路输出一个低电平，从而使LOAD 门有效，计数器从而重新将 7 和 5 置数。同时当两片芯片均减小到 0 时，两个 JK 触发器将再次被触发发生跳转，尤其是下面一片触发器，一个周期内这片触发器只有在计数器均为零的时候才会发生反转。当开始工作的时候，第一个脉冲作用在个位上，当个位减小到零的时候，RCO 发出一个低电平触发十位的 CLK，从而实
10、现十位的减一。信号灯递减计数器电路图五. 系统总电路六 系统调试仿真用 Multisim 软件按照电路图连接电路并运行。如果显示时间比较慢，也可以通过成倍的减小 555 的参数来调整时钟信号，从而得到比较好的显示效果。通过观察数码管的显示和红绿灯的亮灭，满足设计要求，一开始数码管从75 减到 0，东西方向的绿灯亮 70 秒，然后东西方向的黄灯闪烁 5 秒，南北方向的红灯一直亮，之后，数码管又恢复到 75，南北方向的绿灯亮 70 秒，然后黄灯闪烁 5 秒，东西方向的红灯一直亮。七 实习心得通过本次实习，先是掌握了 Multism 这款软件的基本使用方法，学会寻找基本元件，并按照电路图连接电路。这
11、是一次专业性能较强的实习，巩固了对于定时器，译码器以及计数器等一系列元器件的性能及原理，并通过他们的组合实现基本的电路要求。不仅要掌握一个芯片的用途，还要明白芯片上每个端口的用处，更要学会通过芯片的组合来实现设计要求。本次实验还让我更加牢固地清楚了计数器在加减之间的转换以及借位端的相应用法。在整个设计过程中我和队友一起讨论，遇到不同意见我们就各自查阅资料来获取支持自己观点的依据。虽然有时争论的很厉害，但在电路实现中我们逐渐获得统一，选择实现容易，更加有效地方案作为最后的电路选择。设计中很多想法都是在交流中产生，在争论中进一步深入的。但是我们不得不承认在这次设计之前我们应该先看一遍课本，把基础知识进一步巩固，那样我们就不会在设计中因为一些小知识耗费时间。 在实验过程中我还明白了进行各类设计的一个基本方法，就是分块处理。首先分析一个问题，要适当的把这个问题分为几个模块来处理，最后统一成一个整体。这是一种简单朴素但行之有效的方法。总之通过本次实习，又让我的能力迈进了一大步，为今后更加复杂的设计打好基础。八 参考文献（1） 数字电子技术基础 ，清华大学出版社，阎石主编。（2） 电路设计与仿真 ，清华大学出版社，杨欣主编。（3） 电子技术实训指导 ，国防工业出版社，李秀人。
