交通灯逻辑控制电路设计.ppt

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1、交通灯控制逻辑电路设计交通灯控制逻辑电路设计 数字电路课程设计数字电路课程设计主讲：陈建主讲：陈建主讲：陈建主讲：陈建一、简述一、简述vv为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，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的交通信号灯来进行指往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中挥。其中红灯红灯(R)亮，表示该条道路禁止通行；亮，表示该条道路禁止通行；黄灯黄灯(Y)亮表示停车；绿灯亮表示停车；绿灯(G)亮表示允许通亮表示允许通行行。交通灯控制器的系统框图交通灯控制器的系统框图 vv图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为图中设南北方向的红、黄、

2、绿灯分别为图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSRNSR、NSYNSY、NSG,NSG,东西方向的红、黄、绿灯分别为东西方向的红、黄、绿灯分别为东西方向的红、黄、绿灯分别为东西方向的红、黄、绿灯分别为EWREWR、EWYEWY、EWGEWG。二、设计任务和要求二、设计任务和要求vv设计一个十字路口交通信号灯控制器，其基设计一个十字路口交通信号灯控制器，其基本要求如下：本要求如下：1 1满足如图满足如图满足如图满足如图2 2 顺序工作流程。东西和南北两个顺序工作流程。东西和南北两个顺序工作流程。东西和南北两个顺序工作流程。东西和南北两个方向的方向的方向的方向的工作方式是并行工作方式是并行工作方式

3、是并行工作方式是并行进行的。进行的。进行的。进行的。2 2满足如图满足如图满足如图满足如图3 3所示工作时序：即东西方向所示工作时序：即东西方向所示工作时序：即东西方向所示工作时序：即东西方向亮红亮红亮红亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，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、绿南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。灯时间之和。灯时间之和。灯时间之和。3 3十字路口要有数字显

4、示，作为时间提示，以十字路口要有数字显示，作为时间提示，以十字路口要有数字显示，作为时间提示，以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：便人们更直观地把握时间：便人们更直观地把握时间：便人们更直观地把握时间：每秒加每秒加每秒加每秒加1 1计数方式。计数方式。计数方式。计数方式。基本要求基本要求vv1.工作流程：工作流程：基本要求基本要求vv2.工作时序：工作时序：基本要求基本要求3.十字路口要有数字显示十字路口要有数字显示vv 置显示器初值为置显示器初值为0，当某方向绿灯亮时，当某方向绿灯亮时，以每秒加以每秒加1 计数方式工作；当该方向绿灯灭计数方式工作；当该方向绿灯灭黄

5、灯亮起时，显示器记到黄灯亮起时，显示器记到5t，每秒继续加，每秒继续加1计数；直至黄灯灭红灯亮起，显示器加到计数；直至黄灯灭红灯亮起，显示器加到6t，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。束，而进入下一步某方向的工作循环。vv 可设可设 t=2,3,实现过程实现过程1使用秒脉冲，实现两组使用秒脉冲，实现两组RYG灯的正确控制灯的正确控制2使用秒脉冲，实现一组数码管的正确显示使用秒脉冲，实现一组数码管的正确显示3555生成秒脉冲，实现两组生成秒脉冲，实现两组RYG灯和数码管灯和数码管的正确显示的正确显示4.改进功能改进功能*：

6、利用利用161和组合逻辑实现数码和组合逻辑实现数码管倒计时功能。管倒计时功能。扩展功能扩展功能*vv(1)(1)灯的转换可以手动调整，夜间为黄灯闪烁。灯的转换可以手动调整，夜间为黄灯闪烁。灯的转换可以手动调整，夜间为黄灯闪烁。灯的转换可以手动调整，夜间为黄灯闪烁。vv(2)(2)每组数码管能显示该方向不同颜色的灯的显示每组数码管能显示该方向不同颜色的灯的显示每组数码管能显示该方向不同颜色的灯的显示每组数码管能显示该方向不同颜色的灯的显示时间。如时间。如时间。如时间。如t=3t=3时，东西方向绿灯亮时计数范围为时，东西方向绿灯亮时计数范围为时，东西方向绿灯亮时计数范围为时，东西方向绿灯亮时计数范

7、围为015015，黄灯亮时计数范围为，黄灯亮时计数范围为，黄灯亮时计数范围为，黄灯亮时计数范围为0303，红灯亮时计数，红灯亮时计数，红灯亮时计数，红灯亮时计数范围为范围为范围为范围为018018；南北方向类似。；南北方向类似。；南北方向类似。；南北方向类似。vv(3)(3)用用用用LED LED 发光二极管模拟汽车行驶电路。当某发光二极管模拟汽车行驶电路。当某发光二极管模拟汽车行驶电路。当某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，一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一

8、个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字黄灯亮时，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，路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，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，这一方向的则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的则另一方向转为绿

9、灯亮，那么，这一方向的则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED LED 发光二极管就开始移位发光二极管就开始移位发光二极管就开始移位发光二极管就开始移位(表示这一方向的车辆行驶表示这一方向的车辆行驶表示这一方向的车辆行驶表示这一方向的车辆行驶)。三、可以使用的器件三、可以使用的器件vv74LS16474LS164（8 8位移位寄存器）位移位寄存器）位移位寄存器）位移位寄存器）vv74LS16174LS161（4 4位二进制加法计数器）位二进制加法计数器）位二进制加法计数器）位二进制加法计数器）vv74LS74(74LS74(双双双双D D触发器触发器触发器触发器)vv74LS0474LS0

10、4（六反相器）（六反相器）（六反相器）（六反相器）vv74LS0074LS00（2 2输入端四与非门）输入端四与非门）输入端四与非门）输入端四与非门）vv74LS0874LS08（2 2输入四与门）输入四与门）输入四与门）输入四与门）vvCC4511CC4511（显示译码器）（显示译码器）（显示译码器）（显示译码器）vvLEDLED（共阴极）（共阴极）（共阴极）（共阴极）vv555555定时器定时器定时器定时器 vv若干电阻、电容若干电阻、电容若干电阻、电容若干电阻、电容四、设计方案提示四、设计方案提示vv1秒脉冲和分频器秒脉冲和分频器vv2交通灯控制器交通灯控制器vv3显示控制部分显示控制部

11、分四、设计方案提示四、设计方案提示1秒脉冲和分频器秒脉冲和分频器vv因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为间比例分别为5：1：6，所以，若选，所以，若选4 秒秒(也可以也可以3 秒秒)为为单位时间，则计数器每单位时间，则计数器每计计4 秒输出秒输出个脉冲。个脉冲。vv秒脉冲用秒脉冲用555定时器构成的多谐振荡器实现，定时器构成的多谐振荡器实现，并通过触发器分频实现并通过触发器分频实现4秒（或其它规定时秒（或其它规定时间）的单位时间。间）的单位时间。提示：先用实验箱上的秒脉冲，再用提示：先用实验箱上的秒脉冲，再用555实现实现四、设计方案提示四、设计

12、方案提示2交通灯控制器交通灯控制器 vv由波形图可知，计数器每次工作循环周期由波形图可知，计数器每次工作循环周期为为12，所以可以选用，所以可以选用12进制计数器。进制计数器。vv计数器可以用单触发器组成，也可以用中计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。规模集成计数器。提示：选用中规模提示：选用中规模74LSl64八位移位寄存器组八位移位寄存器组成扭环形成扭环形12进制计数器。进制计数器。四、设计方案提示四、设计方案提示3显示控制部分显示控制部分 vv显示控制部分，实际是显示控制部分，实际是个定时控制电路。个定时控制电路。当绿灯亮时，使加法计数器开始工作，每当绿灯亮时，使加法计数

13、器开始工作，每来一个秒脉冲，使计数器加来一个秒脉冲，使计数器加1，直到计数器，直到计数器红灯亮而停止。红灯亮而停止。提示：译码显示可用七段译码器提示：译码显示可用七段译码器CC4511，显，显示器用示器用LED，计数器采用，计数器采用74LSl61。五、注意事项五、注意事项（1 1）插接集成器件时，使器件的）插接集成器件时，使器件的）插接集成器件时，使器件的）插接集成器件时，使器件的缺口端朝左方缺口端朝左方缺口端朝左方缺口端朝左方，先对准插孔，先对准插孔，先对准插孔，先对准插孔的位置，然后用力将其插牢，防止集成器件管脚折断或的位置，然后用力将其插牢，防止集成器件管脚折断或的位置，然后用力将其插

14、牢，防止集成器件管脚折断或的位置，然后用力将其插牢，防止集成器件管脚折断或弯曲。弯曲。弯曲。弯曲。布线前先布线前先布线前先布线前先检查芯片功能。检查芯片功能。（2 2）布线时，注意导线不要太长，最好贴近底板并在集成器）布线时，注意导线不要太长，最好贴近底板并在集成器）布线时，注意导线不要太长，最好贴近底板并在集成器）布线时，注意导线不要太长，最好贴近底板并在集成器件的周围走线，切记导线跨越集成器件的上空，杂乱的件的周围走线，切记导线跨越集成器件的上空，杂乱的件的周围走线，切记导线跨越集成器件的上空，杂乱的件的周围走线，切记导线跨越集成器件的上空，杂乱的在空中搭成网状。数字电路的布线应整齐美观，

15、这样既在空中搭成网状。数字电路的布线应整齐美观，这样既在空中搭成网状。数字电路的布线应整齐美观，这样既在空中搭成网状。数字电路的布线应整齐美观，这样既提高电路的可靠性，又便于检查排除故障或更换器件。提高电路的可靠性，又便于检查排除故障或更换器件。提高电路的可靠性，又便于检查排除故障或更换器件。提高电路的可靠性，又便于检查排除故障或更换器件。（3 3）导线的连接顺序：）导线的连接顺序：）导线的连接顺序：）导线的连接顺序：先接固定电平端，先接固定电平端，先接固定电平端，先接固定电平端，如电源正极如电源正极如电源正极如电源正极红线，红线，红线，红线，地线地线地线地线黑色导线，门电路的多余输入端及电平

16、固定的某黑色导线，门电路的多余输入端及电平固定的某黑色导线，门电路的多余输入端及电平固定的某黑色导线，门电路的多余输入端及电平固定的某些输入端（如触发器的控制端些输入端（如触发器的控制端些输入端（如触发器的控制端些输入端（如触发器的控制端JKJK端等），端等），端等），端等），然后按照电路然后按照电路然后按照电路然后按照电路中信号的流向顺序对所划分的单元电路逐一步线中信号的流向顺序对所划分的单元电路逐一步线中信号的流向顺序对所划分的单元电路逐一步线中信号的流向顺序对所划分的单元电路逐一步线、调试，、调试，、调试，、调试，最后将各单元连接起来。最后将各单元连接起来。最后将各单元连接起来。最后将各

17、单元连接起来。建议：按照连线图，一人连线，一人作记录。建议：按照连线图，一人连线，一人作记录。六、准备工作六、准备工作vv1查阅有关资料，了解查阅有关资料，了解74LS164、74LS74、74LS161、74LS00、74LS04、74LS08、CC4511、555等芯片的功能和管脚排列图。等芯片的功能和管脚排列图。vv2按照给定的芯片，设计出交通灯控制器各按照给定的芯片，设计出交通灯控制器各模块电路图和总电路图。其中要求时标电路的模块电路图和总电路图。其中要求时标电路的输出信号频率为输出信号频率为1Hz。进行实验时必须携带完。进行实验时必须携带完整电路图（整电路图（原理图原理图和和连线图连

18、线图）。）。vv3预先使用预先使用Multisim仿真设计仿真设计*（原理图）。（原理图）。七、总结报告七、总结报告要求：福州大学实验报告纸，手写，电路图可打印要求：福州大学实验报告纸，手写，电路图可打印要求：福州大学实验报告纸，手写，电路图可打印要求：福州大学实验报告纸，手写，电路图可打印vv1报告名称报告名称vv2内容摘要（内容摘要（300字）字）vv3设计内容及要求设计内容及要求vv4方案比较，画出系统框图，确定使用的方方案比较，画出系统框图，确定使用的方案。案。vv5单元电路设计、参数计算和器件的选择单元电路设计、参数计算和器件的选择（含器件功能表）（含器件功能表）（含器件功能表）（含

19、器件功能表）并说明单元电路工作原理。并说明单元电路工作原理。vv6画出完整电路图画出完整电路图（可附（可附（可附（可附MultisimMultisim原理图）原理图）原理图）原理图）七、总结报告七、总结报告 vv7安装调试内容，包括：安装调试内容，包括：（1 1）使用的主要仪器和仪表；）使用的主要仪器和仪表；）使用的主要仪器和仪表；）使用的主要仪器和仪表；（2 2）调试电路的方法和技巧；）调试电路的方法和技巧；）调试电路的方法和技巧；）调试电路的方法和技巧；（3 3）测试的数据和波形，并与计算结果比较分析；）测试的数据和波形，并与计算结果比较分析；）测试的数据和波形，并与计算结果比较分析；）测试的数据和波形，并与计算结果比较分析；（4 4）调试中出现的故障、原因及排除方法。）调试中出现的故障、原因及排除方法。）调试中出现的故障、原因及排除方法。）调试中出现的故障、原因及排除方法。vv8总结设计电路的特点和方案的优缺点总结设计电路的特点和方案的优缺点,提出提出进一步的改进意见和未来的发展。进一步的改进意见和未来的发展。vv9列出所用的元器件列出所用的元器件vv10列出参考文献列出参考文献