数字电子电路课程设计-数字交通灯的设计

数字电子电路课程设计数字交通灯摘要此电路由定时器NE555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，两块74LS192芯片级联成61进制倒计时器，计时器输出的数据通过两块74LS48译码器最终由两块七段数码管显示出来。计时部分由倒计时器与逻辑门构成定时器，在每隔55秒或5秒输出一个脉冲，触发状态控制器工作。状态控制器控制着信号灯的转换。1目录1引言..............................................................12总体方案论证与设计................................................23具体逻辑电路设计..................................................33.1秒脉冲..........................................................33.2倒计时器........................................................43.3时间显示器......................................................53.4定时器、状态控制器..............................................63.5信号灯显示......................................................73.6总电路设计......................................................84结论..............................................................95参考文献..........................................................911引言交通灯是我们最常见的系统，随着科技的日益创新，交通灯的设计也多式多样，不同的地点不同的路况需要不同的交通灯，但其设计原理都是大同小异的。我们这次的设计是用硬件实现交通灯的全部功能。这里用简单的电路来介绍交通灯的工作原理。介绍了数字电子技术中非常重要的几个芯片：定时器NE555、4位十进制可逆同步计数器（双时钟）74LS192、七段显示译码器74LS48、带小数点（DP）的七段数码管、数据分配器74LS138。随着社会的发展，电子技术也日新月异，因而掌握这门技术至关重要。22总体方案论证与设计1、方案方案1：由定时器NE555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，两块74LS192芯片级联成61进制倒计时器，计时器输出的数据通过两块74LS48译码器和两块七段数码管显示出来。由倒计时器与逻辑门构成定时器，在每隔55秒或5秒输出一个脉冲，触发状态控制器工作。状态控制器控制着信号灯的转换。方案2：方案2与方案1很大一部分都相同，就定时器那一块有差异。定时器由两块74LS162（4位十进制同步计数器）进行计数而不用倒计时器计数。综合考虑，方案1比方案2所用的器件要少，比较经济。而且方案1容易连接。易于生成。所以选择方案1比较好。2、信号转换状态1（00）：东西方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行。状态2（01）：东西方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；状态3（10）：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；状态4（11）：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车的黄灯亮，车道，人行道缓行；33具体逻辑电路设计3.1秒脉冲系统所需要的秒脉冲由定时器NE555所构成的多谐振荡器提供，多谐振荡器如图1—1（a）所示，图中NE555外引线排列如图1—1（b）所示。其中1脚是电路地GND；8脚是正电源端Ucc，工作电压范围为5~18V；2脚是低触发端TR；3脚是输出端OUT；4脚是主复位端R；5脚是控制电压端Uc；6脚是高触发端TH；7脚放电端DISC。R1、R2和C为定时电阻和电容，C1为电压控制端稳定电容。在信号的输出端产生矩形脉冲，其振荡频率为f=1.44/(R1+2R2)C。NE55548762135C1CNE555GNDTROUTRDISCTHUcUcc12345678R1R2图1-1(a)图1-1(b)43.2倒计时器倒计时器由两位4位十进制可逆同步计数器（双时钟）74LS192、一个非门和一或门构成。其组成如图2—1（a）所示，其中74LS192是上升沿触发，CPU为加计数时钟输入端；CPD为减计数时钟输入端；LD为异步预置端，低有效；CR为异步清零端，高有效；CO为进位输出端，当1001后输出低电平；BO为借位输出端，当0000后输出低电平；D3D2D1D0为数据预置端；Q3Q2Q1Q0为数据输出端。倒计时器初始状态为01100000，当输入一个脉冲，计时器就会减一。低位的状态是0000时，再来一个脉冲，BO端就会由1—〉0，这是高位的CPD端由0—〉1。高位因得到一个上升沿，从而触发，进行减1运算。低位的状态变为1001。当高低位的状态都为0000时，它们的LD端就会接低电平，从而进行异步置数。计时器状态变为01100000。秒脉冲再来就会重复以上操作。.CPUCPDCRQQQQ3210-CO--BOLDDDDD321011174LS192CPCPCRQQQQDDDDUD32103210---COBOLD74LS192CP=1图2-153.3时间显示器时间显示器由两片七段显示译码器74LS48和两片半导体数码管构成。其组成如图3—1（a）所示，74LS48的外引线排列如图3—1（b）所示。A3A2A1A0组成8421BCA码为输入端，Ya~Yg为输出端。LT、RBI、BI/RBO为使能控制端，都是低有效。LT为灯测试输入端，RBI为灭零输入端，BI/RBO为灭灯输入/灭零输出端。此半导体数码管为带小数点（DP）的七段数码管，分为共阴和共阳型。共阴型数码管的COM端接低电平，共阳型的则接高电平。YaYbYcYdYeYfYg74LS48(十位)A3A2A1A0LTRBIBI/RBDdecomfgdecomfgabcomcDpgafbdecDpYaYbYcYdYeYfYg74LS48(个位)A3A2A1A0LTRBIBI/RBDdecomfgdecomfgabcomcDpgafbdecDp(a)图3-11234567816151413121110974LS48VccYfYgYaYbYcYdYeA1A2LTBI/RBORBIA3A0GND(b)63.4定时器、状态控制器定时器由倒计时器、两个与门、两个与非门和一个或非门构成。逻辑门所构成的电路如图4—1所示。状态控制器有两个JK触发器级联而成，如图5—1所示。状态控制器实质是一个2位二进制异步加法计数器，下降沿触发。当倒计时器的状态为01100000（60）或00000101（5）时，定时器输出0，其余状态都是是输出1。倒计时器的初状态为01100000，即定时器的初态为0，倒计到00000101之前定时器的输出都为1，当到00000101时，定时器输出为0。状态控制器得到下降沿而触发。状态控制器到下一个01100000时再次触发。同时状态跟随转变。这就实现了状态首先隔55秒转换一次，接着隔5秒转换一次，然后再隔55秒转换。如此循环就可以实现定时信号转换的目标。=&&&&图4-1定时器QQQQ011JC111L1JC111L图5-1774LS138A0A1A212345678161514131211109STB74LS138Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A2A1A0STASTBSTC1STCSTAY7GNDUccY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6&&3.5信号灯显示此部分由一个数据分配器74LS138、两个与门和6个发光二极管构成。其结构如图6—1（a）所示。74LS138的外引线排列如图6—1(b)所示，其中A2A1A0是3个二进制代码输入端；Y7Y0是8个输出端，低电平有效；STA、STB、STC是使能控制端。当STA=1且STB+STC=0时，分配器才工作。制造二极管的材料不同就会发出不同的光。图6-1(a)图6-1(b)83.6总电路设计NE555R1R2CU0c1c14800KΩ4800KΩ0.1uF48762150.01uF3Ucc=+5v.CPUCPDCRQQQQ3210-CO--BOLDDDDD321011174LS192CPCPCRQQQQDDDDUD32103210---COBOLD74LS192CP=1图2-1YaYbYcYdYeYfYg74LS48(十位)A3A2A1A0LTRBIBI/RBDdecomfgdecomfgabcomcDpgafbdecDpYaYbYcYdYeYfYg74LS48(个位)A3A2A1A0LTRBIBI/RBDdecomfgdecomfgabcomcDpgafbdecDp(a)图3-1=&&&&图4-1定时器QQQQ011JC111L1JC111L图5-174LS138A0A1A212345678161514131211109STB74LS138Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A2A1A0STASTBSTC1STCSTAY7GNDUccY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6&&.................94结论5参考文献[1]陈晰.数字电路试验技术基础.北京：电子工业出版社，1999[2]李元.数字电路与逻辑设计.南京：南京大学出版社，1997[3]郝波.数字电子技术，西安：西安电子科技大学出版社，2004[4]郭斌.数字逻辑电路.北京：电子科技大学出版社，1995[5]程震先.数字电路实验与应用.北京：北京理工大学出版社,1999101.设计题目：简易交通灯设计1.1设计目的：（1）能独立查阅、整理、分析有关资料（2）能用数字集成电路完成设计任务（3）掌握脉冲产生、整形与分频电路（4）掌握计数、译码与显示电路1.2基本要求：(1)模拟东西南北两路交通指示灯（2）红灯亮60秒，黄灯亮5秒，绿灯亮55秒（3）数码倒计时显示1.3用硬件电路完成全部或部分功能2.设计过程的基本要求：2.1基本部分必须完成，发挥部分可以根据自己的能力有选择的完成。2.2符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图。2.3设计过程中的草稿要求保留，并随设计报告一起上交。3.报告的基本要求：3.1要求用A4纸打印，不允许复印。3.2装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。顺序阶段日期计划完成内容备注112.14讲解主要设计内容，学生根据任务书查资料讲解212.15查阅资料，整理资料答疑312.16方案设计，答疑指导答疑412.17方案设计,答疑指导答疑512.18搭接电路，调试电路指导612.21搭接电路，调试电路指导712.22搭接电路，调试电路指导812.23搭接电路，调试电路指导912.24撰写设计报告指导1012.25答辩答辩11