西安邮电大学数字电路课程设计报告书——交通灯控制器.docVIP

. . 西安邮电大学 数字电路课程设计报告书 ——交通灯控制器 学院名称 ： 电子工程学院 学生姓名 ： 景超（01） 专业名称 ： 微电子 班 级 ： 1002 题目：交通灯控制器 一 实验目的 通过本次实习利用所给器材和要实现的电路功能结合理论知识实际要求设计出合理的电路，达到深刻理解理论知识和其与实际运用的差异，初步掌握模拟与数字逻辑电路系统设计的基本方法。 二 实验任务与要求 红绿灯交通信号系统外观示意图如图所示。 倒计数 倒计数 计时器 绿灯 黄灯 红灯 红 黄 绿 灯 灯 灯 1．在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一方向是绿灯、黄灯、红灯；另一方向是红灯、绿灯、黄灯。 2．设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上绿灯亮的时间是20s，另一个方向上绿灯亮的时间是30s，黄灯亮的的时间都是5s。 3．用两组数码管，实现双向倒计时显示。 三．实现方案： 实现这个交通灯控制器可以采用FPGA、单片机等可编程器件或基本数字逻辑器件实现。在这次实验中采用74系列数字集成芯片和555时基芯片实现相应功能。本报告最后附有使用MULTISIM 仿真软件进行的仿真电路图。 四．具体功能分析： 此电路为十字路口交通灯控制电路，要求东西向和南北向不能同时出现绿（黄）灯，发生“撞车”现象。即当某一方向为绿灯或黄灯时，另一方向必为红灯。东西向主通路有倒计时显示。 设计时序如下： R30sY5s R30s Y5s G20s G25sY5s G25s Y5s R25s 脉冲输出部分计时控制部分数字显示部分 脉冲输出部分 计时控制部分 数字显示部分 彩灯控制部分 彩灯显示部分 说明：脉冲输出部分为555时基芯片构成的多次谐波振荡器，由其产生周期为1s的时钟脉冲信号。计时控制部分主要由两片74LS161（十六进制同步加法计数器）及逻辑门电路构成。产生30s、20s和5s的倒计时信号。彩灯控制部分将计时控制部分输出的信号通过逻辑门电路及74LS139（双2—4线译码器）和一片74LS161组合产生控制信号，控制彩灯按照响应时序显示，并将74LS139的输出信号反馈回计时控制部分实现三种倒计时之间的切换。数字显示部分主要由74LS48（7段显示译码器）、74LS04（反相器）及8段共阴极数码管构成，通过接入计时控制部分的信号实现倒计时显示。 五．使用元件 = 1 \* GB3 ①元件清单 1.74LS161(三个) 2.74lLS139（一个） 3.74LS555（一个） 4.74LS48（两个） 5.74LS00（两个） 6.74LS04（两个） 7.74LS08（一个） = 2 \* GB3 ②元件管脚和功能表 74ls161管脚及其功能表 74ls139及其功能表 74ls48的管脚 74ls00管脚 74ls04管脚 74ls08管脚 六．单元电路设计： 1．脉冲输出部分： 脉冲输出部分为555时基芯片构成的多次谐波震荡器，电路原理如下图：其中器件参数分别为R1=4.7kΩ，R2=150kΩ，C1=4.7μF，C2=0.01μF。产生的时钟脉冲为周期T=1s的方波。 电容C1充电时，暂稳态持续时间为 tw1=0.7(R1+R2)C=0.7×(150k+4.7k) ×4.7μ≈0.5s 电容C1放电时，暂稳态持续时间为 tw2=0.7R2C=0.7×150k×4.7μ≈0.5s 因此，电路输出矩形脉冲的周期为T= tw1＋tw2≈1s 输出占空比为q= tw1/T≈50% 555定时器电路图 555定时器实际连接图 2．计时控制部分： 通过两片74LS161级联实现最大模值为256的加法计数功能，用低位片U2的输出口RCO控制高位片U3的使能端ENT，即低位片U2产生进位信号后高位片开始工作。 由于主通路（东西向）交通灯时序为红灯30s、绿灯20s、黄灯5s，故此子系统应实现模30计数、模20计数和模5计数间的切换，亦即低位片模值为10—10—5的切换，高位片模值为3—2—0的切换。在具体电路实现过程中，采用74LS74芯片控制高位片的数据置入，并利用彩灯控制部分的输出控制低位片数据的置入。 由于数字显示部分要求倒计时显示，故置入数据时取数码管相应显示码值的反码，具体数据表格见数字显示部分。 在此电路中，开关SW2、SW1分别控制高、低位片的强制置数，当SW2、SW1接低电平时，若SW3接高电平，高位片被强