1、数字逻辑课程设计简易交通灯控制逻辑设计课题名称 简易交通灯控制逻辑设计 班 级 计算机科学与技术 01 班 姓 名 李永梅 指导教师 邓秋霞 日 期 2008.6.24 前言目前，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。特别是可编程逻辑器件的大量应用，传统的 74 系列标准逻辑器件在应用系统的设计中应用越来越少。但是数字电子技术中作为理论基础的基本原理并没有改变。因此，基本单元电路，基本功能模块及基本的分析方法仍然是本次设计的基本内容。本次设
2、计主要是简易交通灯控制 。2008-6-24目录一 摘要1二 设计要求1三 系统概述11 设计原理 12 原理框图 1四 单元电路分析与设计21 倒计数及译码显示电路计22 控制电路的设计63 信号产生及分频电路设计 74 整个交通灯控制总电路图 8五 收获与体会. 9六 主要元器件10七 鸣谢 . 10八 参考文献. 10一 摘要在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通
3、灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础，引入了数字电路，将模拟信号转化为数字信号，利用了数字逻辑这一强大工具，同时还运用了Multisim 软件对所设计电路进行了仿真。关键字：秒脉冲发生器 分频器 减计数器 译码器 主控电路二 设计要求：1定周控制：主干道绿灯 45 秒，支干道绿灯 25 秒2每次由绿灯变红灯时，应有 5 秒黄灯作为过渡3分别用红黄绿色发光二极管表示信号灯4设
4、计计时显示电路三 系统概述：3.1 设计原理：本次设计主要分为三个部分，第一部分：信号产生及分频；第二部分：主控制电路控制信号灯状态；第三部分：倒计时并显示计时。在本次设计中采用 555 定时器产生 CP=1Hz 的脉冲信号，经过用 74161 设计的预置状态为 11 的 5 进制加计数器，并使进位位作为脉冲输出，实现 5 分频，然后用芯片 74161 和 74139 实现主干道和支干道红，绿，黄色灯亮的时间控制，最后一部分的减计数器选用 74193 进行级联计数，译码器选用cc4511， 本人主要设计减计数器及数码管显示倒计时部分。3.2 原理框图主 控 电 路30S 计时 50S 计时CP
5、 时钟源红 黄 绿译 码 驱 动 电 路数码管计数器译 码 驱 动 电 路数码管计数器红 黄 绿四 单元电路设计： 4.1 倒计时及译码显示电路设计4.1.1 计数器 倒计时计数电路主要由计数器构成，它在整个系统设计中的作用是实现计时计数，在此我们选用减法计数器，因为本设计说明时间可预置，所以需要可预置数的减计数器。目前，在实际工程应用中，我们已经很少使用小规模的触发器去拼接成各种计数器，而是直接选用集成计数器产品。 有超前进位，当加计数至 1111 时，在 CPu的低电平期间，进位输出端 输出一CO个宽度约等于 CPu 低电平部分的低电平脉冲；当减计数至 0000 时，在 CPd的低电平期间
6、，借位输出端输出 输出一个宽度约等于 CPd 低电平部分的的低电平脉冲。BO 当把 和 分别连接后一级的 CPD 和 CPU 即可进行级联计数。C时钟同步十进制加减计数器 74LSl92、双时钟同步 4 位二进制加减计数器 74LSl93:74LS192、74LS193 是具有双时钟（两个 CP 端）的可异步清零、可预置数的同步加减计数器，它们的控制功能和引脚完全相同，但 74LS192 是十进制计数器，而 74LS193是 4 位二进制计数器，74LS192 、74LS193 功能说明： 异步清零。当清零端（CR）为高电平时，不管时钟端（ CPd、CP u）状态如何，即可完成清零作用。 异步
7、预置。 为低电平时，不管时钟端（CP）状态如何，输出端（ Q0Q 3）与LD数据输入端（d 0d 3）相同。 同步计数,作用在 CPu 上的 CP 脉冲上升沿，使计数器进行加法计数；作用在 CPd上的 CP 脉冲上升沿，使计数器进行减法计数，计数是同步的。当进行加法计数或减法计数时，可分别使用 CPu 端或 CPd 端，不使用的 CP 端应为高电平。 有超前进位，当加计数至 1111 时，在 CPu的低电平期间，进位输出端 输出一CO个宽度约等于 CPu 低电平部分的低电平脉冲；当减计数至 0000 时，在 CPd的低电平期间，借位输出端输出 输出一个宽度约等于 CPd 低电平部分的的低电平脉
8、冲。BO 当把 和 分别连接后一级的 CPD 和 CPU 即可进行级联计数。C74LS192、74LS193 的引出端符号说明（引脚功能）：借位输出端（低电平有效）进位输出端（低电平有效） CPd 减计数时钟输入端（上升沿有效）CPu 加计数时钟输入端（上升沿有效）CR 异步清零端（高电平有效）D0D 3 并行数据输入端异步并行置入控制端（低电平有效）LQ0Q 3 输出端（Q 0是低位）本次课程设计需要 50 进制和 30 进制减计数器各一个，所以采用两个 74193 级联计数，将表示个位的计数芯片借位端 连接后一级的 CPD 即可进行级联计数，后一级输出为十位BO位。以下为设计中用到的 50
9、 和 30 进制减计数器。以下为计数器的逻辑电路图：CPuCPdCO12BO13D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3LD CR7 6 2 311 14 9 10 1 1545168VCCGND74LS19374LS1921 2 3 4 5 761516 1011121314D1 Q1 Q0 CPd CPu Q2 Q3D2LDCOBOCRD0VCC8GND9D374LS19274LS193.双时钟双时钟同步加减计数器 74LSl92、4LSl93 的逻辑符号和引脚图计数范围为 490 的 50 进制减计数器计数范围为 290 的 30 进制计数器 4.1.2 BCD 码七段译码驱动器此 类 译 码
10、器 型 号 有 74LS47（ 共 阳 ） ， 74LS48（ 共 阴 ） ， CC4511（ 共 阴 ） 等 ， 本 实 验 系 采 用CC4511 BCD 码 锁 存 七 段 译 码 驱 动 器 。 驱 动 共 阴 极 LED 数 码 管。下图为 CC4511 引脚排列 CC4511 引脚排列其中A、 B、 C、 D BCD 码输入端a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 译 码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极 LED 数码管。 测试输入端， “0”时，译码输出全为“1”LTLT 消隐输入端， “0”时，译码输出全为“0”IBILE 锁定端， LE“1”时译码器处于锁定（保持）状态，
11、译码输出保持在 LE0 时的数值，LE0 为正常译码。在本数字电路实验装置上已完成了译码器 CC4511 和数码管 BS202 之间的连接。实验时，只要接通+5V 电源和将十进制数的 BCD 码接至译码器的相应输入端 A、B、C、D 即可显示09 的数字。四位数码管可接受四组 BCD 码输入。CC4511 与 LED 数码管的连接如下图所示。CC4511 驱动一位 LED 数码管下表为 CC4511 功能表。CC4511 内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过 1001 时，输出全为“0” ，数码管熄灭。 输 入 输 出LE BI
12、LTD C B A a b c d e f g 显示字形 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 00 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 10 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 10 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 10 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 10 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 10 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 00 1 1 1 0 0 0 1 1 1
13、 1 1 1 10 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 10 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐1 1 1 锁 存 锁存4.1.3 数码显示译码器七段发光二极管(LED)数码管LED 数码管是目前最常用的数字显示器，下图 (a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)
14、为两种不同出线形式的引出脚功能图。(a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 共阳连接（“0”电平驱动）(c) 符号及引脚功能LED 数码管一个 LED 数码管可用来显示一位 09 十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5 寸和 0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为 22.5V，每个发光二极管的点亮电流在 510mA。LED 数码管要显示 BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。倒计时及译码显示整体电路图4.2 主控制电路方案一：由 JK 触发器或 D 触发器控制实现。
15、方案二：选用一片 74LS161 作为计数器和两片 74138 实现。74LS161 状态由 0000-1111,CP脉冲周期为 5s，5s16 状态=80s 为交通灯工作的一个周期。其中前 45s 为状态 S0，45-50s为状态 S1，50s-75s 为状态 S2，75s-80s 为状态 S3。计数脉冲输入到两片 74138 实现信号的定时功能在本设计中选用第二种方案。控制器部分电路图如下由控制电路输出的 Y1 ，Y2 转入下一个电路- 红黄绿灯译码控制电路。红黄绿等控制部分用芯片 74139 实现个灯亮的时间控制。4.3 信号产生及分频秒脉冲信号产生有两种方案：第一种方案是用门电路实现，
16、第二种方案是用555 定时器来实现因为交通灯控制系统对秒脉冲信号精度要求不高，所以选用案二，本次设计中主控电路图需要输入一个 0.2HZ 的脉冲信号，所以要对秒脉冲发生器产生的信号进行分频，而一般的门电路可以实现偶数分频，实现奇数的分频比较复杂。所以设计了一个从 11 至 15 的五进制加计数器及 QD Qc QB QA在1011 至 1111 之间变化并循环，并把 RCO 端作为脉冲输出端，实现五分频。信号产生几分频电路图如下：5 整个交通灯电路总图仿真电路图五：收获与体会：在以前的学习当中,我们一直都是认真听老师讲,只会被动的接受,不会想怎样把学到的东西应用到实际当中,但是本次课程设计促使
17、我们开动脑筋想出自己的方案,不仅使我们知道课本上知识的原理,也使得我们对各种方案有进一步的理解并进行选择.本次设计又三个人完成，在做设计之前我们在图书馆找了大量的资料，对书上的一些方案进行了讨论，并从中得到启发进一步得出自己的总体方案，在这次课程设计过程中，我们组员之间每个人都投入了很大的热情，在设计方案选择的时候有意见不一的时候但是经过我们的讨论得到了最终方案，在这过程中我们也更加体会到了团结的力量。我们对方案进行了分块，我们每个人对自己所要设计的单元电路都经过比较认真的考虑，比较了很多类似的电路，也参考了很多书，做完之后觉得这样的方案组合还是可行的。同时我们也进一步熟悉并掌握了 Multi
18、sim软件的应用，对所设计电路进行了仿真，由于时间的限制在设计的某些方面设计的还不理想，但从开始认为随便就可以找到现成的方案到经过一个星期自己的思考,选择，得到了自己的设计，已经迈出了动手的第一步，在以往的学习中，我总感觉对课本知识不理解，不会融会贯通，在这次设计中，我初步把理论与实践联系起来，使我所学的数字逻辑知识得到了的一定程度的运用，我觉得我的能力有了更进一步的提高。 六：主要元器件两片 74LS161，四片 74LS193，四片 CC4511，两片 74138，一片 74LS139，555构成的多谐振荡器，六个 LED 发光二极管逻辑门门电路七：鸣谢：在本次设计中首先感谢我的组员姜志远
19、和益西卓玛，在设计过程中我遇到过各种各样的问题，但是在他们的帮助下问题的到了解决，是整个设计及部分设计能在这么短的时间内完成。在此还要感谢指导老师，在老师的指导建议下我们的设计得到了进一步的完善，如果没有老师的指导，我们设计中的某些问题是没办法发现的八：参考文献：1 李焕英. 数字电路与逻辑设计实训教程. 北京：科学出版社， 20052 连晋平. 数字逻辑电路. 北京：高等教育出版社，20023 赵淑范，王宪伟 电子技术实验与课程设计 北京：清华大学出版社， 20064于晓平 数字电子技术 北京：清华大学出版社，20065侯建军 数字逻辑与系统 北京：中国铁道出版社， 19996路勇 电子电路实验及仿真 北京：清华大学出版社，北方交通大学出版社， 20047谢自美 电子线路设计.实验.测试 北京：华中科技大学出版社， 20008林涛 数字电子技术基础 北京：清华大学出版社， 2007评 语 评阅人：日期：
