數(shù)字邏輯電路交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)與multisim仿真論文下載

一、設(shè)計(jì)題目

交通信號(hào)燈控制器

二、主要內(nèi)容

• 分析設(shè)計(jì)題目的具體要求
• 完成課題所要求的各個(gè)子功能的實(shí)現(xiàn)
• 用multisim軟件完成題目的整體設(shè)計(jì)
  

三、要求完成的主要功能

1、設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求東西方向和南北方向車(chē)道兩條交叉道路上的車(chē)輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為45s。時(shí)間可設(shè)置修改。

• 在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5s，才能變換運(yùn)行車(chē)道。
• 黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次。
• 東西方向、南北方向車(chē)道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時(shí)間都用顯示器進(jìn)行顯示。
  

5、假定+5V電源給定。

四、自己增加的新功能

  交通燈每次進(jìn)行紅綠黃的轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)有喇叭進(jìn)行提示路人。

五、進(jìn)度安排

第一天：介紹所用仿真軟件；布置任務(wù)，明確課程設(shè)計(jì)的完整功能和要求。

第二天：消化課題，掌握設(shè)計(jì)要求，明確設(shè)計(jì)系統(tǒng)的全部功能，圖書(shū)館查閱資料。

第三天：確定總體設(shè)計(jì)方案，畫(huà)出系統(tǒng)的原理框圖。

第四天：繪制單元電路并對(duì)單元電路進(jìn)行仿真。

第五天：分析電路，對(duì)原設(shè)計(jì)電路不斷修改，獲得最佳設(shè)計(jì)方案。

第六天：完成整體設(shè)計(jì)并仿真驗(yàn)證。     

第七天：對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢查并提問(wèn)，給出實(shí)踐操作成績(jī)。

第八天：完成實(shí)踐報(bào)告的撰寫(xiě)

六、成績(jī)?cè)u(píng)定

• 理論設(shè)計(jì)方案，演示所設(shè)計(jì)成果，總成績(jī)20％；
• 設(shè)計(jì)報(bào)告，占總成績(jī)30％；
• 回答教師所提出的問(wèn)題，占總成績(jī)30％；
• 考勤情況，占總成績(jī)20％；
  

無(wú)故曠課一次，平時(shí)成績(jī)減半；無(wú)故曠課兩次平時(shí)成績(jī)?yōu)?分，無(wú)故曠課三

次總成績(jī)?yōu)?分。遲到20分鐘按曠課處理。

摘要當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)自動(dòng)化時(shí)代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。因此，一個(gè)好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給技術(shù)革新。隨著大規(guī)模的集成電路及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛運(yùn)用，智能設(shè)備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)在科技發(fā)展的主流方向。  

交通信號(hào)燈是日常生活中遇到的一個(gè)普通實(shí)例，它的控制也頗具典型和實(shí)用價(jià)值。由于交通路口的形狀和規(guī)模不一，所采用的信號(hào)燈的數(shù)量、控制要求不一，控制的復(fù)雜程度也就不一樣，這里設(shè)計(jì)的是由東西，南北方向匯合點(diǎn)形成十字交叉路口，為確保車(chē)輛安全和迅速的通行，在交叉道口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、黃、綠三色LED信號(hào)燈，依據(jù)紅燈停綠燈行黃燈亮了等一等的規(guī)律工作。同時(shí)在每個(gè)入口設(shè)置了與交通燈同時(shí)工作的蜂鳴器，以方便提示行人通過(guò)。本設(shè)計(jì)是采用74LS190，JK觸發(fā)器和一些門(mén)電路等簡(jiǎn)單元器件完成的，通過(guò)multisim軟件仿真驗(yàn)證了電路的功能。

AbstractToday's era is an era of automation, traffic lights, control and many other industries are closely related to the computer. Therefore, a good traffic light control system, will give the road congestion, illegal control etc. for technological innovation. With the rapid development of large-scale integrated circuits and computer technology, as well as the extensive use of artificial intelligence in control technology, intelligent equipment has been greatly developed. It is the mainstream direction of the development of science and technology.

Traffic signal lamp is a common example encountered in daily life, and its control is also typical and practical value. Due to the different shapes and sizes of traffic junctions, the number of signals used and the requirements of control are different, and the complexity of the control is also different, The design here is made up of things, the intersection of the north and south directions, forming a crossroad, To ensure vehicle safety and rapid access, the red, yellow and green LED lights are set at each entrance of the crossing, according to the regular routine of the red light, the stop light, the yellow light, etc.. A buzzer is also provided at each entrance to work with the red light to allow the blind person to pass. The design is to use 74LS190, JK trigger and some door circuit and other simple device completed, through the Multisim software simulation to verify the function of the circuit.

目錄

當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)自動(dòng)化時(shí)代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。因此，一個(gè)好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給技術(shù)革新。隨著大規(guī)模的集成電路及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛運(yùn)用，智能設(shè)備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)在科技發(fā)展的主流方向。  

交通信號(hào)燈是日常生活中遇到的一個(gè)普通實(shí)例，它的控制也頗具典型和實(shí)用價(jià)值。由于交通路口的形狀和規(guī)模不一，所采用的信號(hào)燈的數(shù)量、控制要求不一，控制的復(fù)雜程度也就不一樣。自從交通燈誕生以來(lái)，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)，設(shè)計(jì)方法也開(kāi)始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化、科學(xué)化、簡(jiǎn)便化。尤其是近幾年來(lái)，隨著電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路分析和設(shè)計(jì)方法有了很大的改進(jìn)，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化也已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可缺少的工具和手段，這些為交通燈控制電路的設(shè)計(jì)提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

NI Multisim是一款著名的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，與NI Ultiboard同屬美國(guó)國(guó)家儀器公司的電路設(shè)計(jì)軟件套件。是入選伯克利加大SPICE項(xiàng)目中為數(shù)不多的幾款軟件之一。

Multisim是一款Multisim在學(xué)術(shù)界以及產(chǎn)業(yè)界被廣泛地應(yīng)用于電路教學(xué)、電路圖設(shè)計(jì)以及SPICE模擬，著名的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，是EDA仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它創(chuàng)建電路方便且仿真所用的儀器及仿真數(shù)據(jù)讀取方法都與實(shí)際實(shí)驗(yàn)方法相似，有各種虛擬儀器和儀表可以使用且不消耗實(shí)際元器件，降低了實(shí)驗(yàn)成本，節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

Multisim在學(xué)術(shù)界以及產(chǎn)業(yè)界被廣泛地應(yīng)用于電路教學(xué)、電路圖設(shè)計(jì)以及SPICE模擬。Multisim是以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。我們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣我們無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。

實(shí)際工作中可以利用此軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，并且設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)、修改調(diào)試方便、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測(cè)試儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，仿真時(shí)可方便地對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析,可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試參數(shù)、曲線和電路原理圖，并且在實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際上的元器件，實(shí)驗(yàn)所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，從而降低了實(shí)驗(yàn)成本低，加快了實(shí)驗(yàn)速度，提高了實(shí)驗(yàn)效率高�；�于上述優(yōu)點(diǎn)，我們利用虛擬實(shí)驗(yàn)室中的虛擬儀器來(lái)組織完成交通燈控制電路的仿真設(shè)計(jì)。

依設(shè)計(jì)要求，交通燈控制系統(tǒng)主要由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器，倒計(jì)時(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器，信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器和譯碼驅(qū)動(dòng)器等單元電路組成，其原理框圖如圖2.1.1所示。其中，秒脈沖信號(hào)發(fā)生器是倒計(jì)時(shí)定時(shí)電路和黃燈閃爍控制電路的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源；倒計(jì)時(shí)定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出兩組驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別為黃燈閃爍和紅綠燈轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)，這兩組信號(hào)經(jīng)信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器控制信號(hào)燈有序工作。譯碼驅(qū)動(dòng)器用以驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮東西，南北兩個(gè)方向車(chē)道的交通信號(hào)燈。

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求, 系統(tǒng)主要由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、控制器、信號(hào)燈顯示器四大部分組成。其中秒脈沖信號(hào)發(fā)生器用于給各個(gè)組成部分提供脈沖信號(hào)，向控制器發(fā)出定時(shí)信號(hào)，使相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光。計(jì)數(shù)器在控制器的控制下，改變交通燈信號(hào)，產(chǎn)生倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示，控制器根據(jù)計(jì)數(shù)器的信號(hào)，進(jìn)行狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，使顯示器的顯示發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變。計(jì)數(shù)器可由74LS190實(shí)現(xiàn)，交通信號(hào)控制器可由JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)展功能為交通燈轉(zhuǎn)換提示功能，以提示行人交通燈轉(zhuǎn)換了，請(qǐng)注意。

上述方案所示的交通信號(hào)燈控制器的工作過(guò)程：先手動(dòng)對(duì)倒計(jì)時(shí)模塊進(jìn)行預(yù)置數(shù)設(shè)置，然后倒計(jì)時(shí)和信號(hào)燈同時(shí)開(kāi)始工作，一開(kāi)始東西方向是綠燈，南北方向?yàn)榧t燈，倒計(jì)時(shí)從45開(kāi)始以一秒減1的工作狀態(tài)進(jìn)行減計(jì)時(shí)；當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到“05

”時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換，東西方向?yàn)辄S燈閃爍，南北方向?yàn)榧t燈；當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到“00”

時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換，東西方向是紅燈，南北風(fēng)向?yàn)榫G燈，然后計(jì)數(shù)器重新預(yù)置數(shù)為45；當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到“05”時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換，東西方向?yàn)榧t燈，南北方向?yàn)辄S燈閃爍。如此循環(huán)下去，進(jìn)行交通燈運(yùn)作。

1、設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求東西方向和南北方向車(chē)道兩條交叉道路上的車(chē)輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為45s。時(shí)間可設(shè)置修改。

• 在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5s，才能變換運(yùn)行車(chē)道。
• 黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次。
• 東西方向、南北方向車(chē)道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時(shí)間都用顯示器進(jìn)行顯示。
  

5、假定+5V電源給定。

3.1各芯片的用法和功能

圖3.1.1（1）74LS190的外引線圖

圖3.1.1（2）74LS190的邏輯符號(hào)

圖3.1.2（2） JK觸發(fā)器邏輯簡(jiǎn)圖

與門(mén)是實(shí)現(xiàn)邏輯“乘”運(yùn)算的電路，有兩個(gè)以上輸入端,一個(gè)輸出端(一般電路都只有一個(gè)輸出端,ECL電路則有二個(gè)輸出端)。只有當(dāng)所有輸入端都是高電平（邏輯“1”）時(shí),該電路輸出才是高電平（邏輯“1”）,否則輸出為低電平（邏輯“0”）。[1]  其二輸入與門(mén)的數(shù)學(xué)邏輯表達(dá)式：Y=AB，對(duì)應(yīng)的真值表如下：

表3.1.3 與門(mén)的真值表

與門(mén)有3種邏輯符號(hào)，包括：形狀特征型符號(hào)（ANSI/IEEEStd 91-1984）、IEC矩形國(guó)標(biāo)符號(hào)（IEC 60617-12）、DIN符號(hào)（DIN 40700）。

圖3.1.3（1）與門(mén)的邏輯符號(hào)

圖3.1.3（2） 與門(mén)引腳圖

或門(mén)（OR gate），又稱或電路、邏輯和電路。如果幾個(gè)條件中，只要有一個(gè)條件得到滿足，某事件就會(huì)發(fā)生，這種關(guān)系叫做“或”邏輯關(guān)系。具有“或”邏輯關(guān)系的電路叫做或門(mén)�；蜷T(mén)有多個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端，只要輸入中有一個(gè)為高電平時(shí)（邏輯“1”），輸出就為高電平（邏輯“1”）；只有當(dāng)所有的輸入全為低電平（邏輯“0”）時(shí)，輸出才為低電平（邏輯“0”）。

其真值表如下所示：

表3.1.4 或門(mén)的真值表

或門(mén)有3種邏輯符號(hào)，包括：形狀特征型符號(hào)（ANSI/IEEEStd 91-1984）、IEC矩形國(guó)標(biāo)符號(hào)（IEC 60617-12）和DIN符號(hào)（DIN 40700），以二輸入或門(mén)為例，邏輯符號(hào)如圖示：

圖3.1.4（1） 或門(mén)的邏輯符號(hào)

圖3.1.4（2）或門(mén)的引腳圖

與非門(mén)有3種邏輯符號(hào)，包括：形狀特征型符號(hào)、IEC矩形國(guó)標(biāo)符號(hào)、DIN符號(hào)。

圖3.2.1(1)  由JK觸發(fā)器組成的信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器

依據(jù)交通信號(hào)燈交替地按綠，黃，紅順序循環(huán)點(diǎn)亮的設(shè)計(jì)要求，選取S0=00，S1=01，S2=11 ，S3=10等4種狀態(tài)。由于信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器的控制狀態(tài)數(shù)M=4，由式M<=2n,可知選用的觸發(fā)器個(gè)數(shù)n=2�，F(xiàn)選用工程上常用的雙JK觸發(fā)器74LS73N組成轉(zhuǎn)換控制器，其2個(gè)JK觸發(fā)器FF1,FF0對(duì)應(yīng)的輸出分別為Q1，Q0。

S0：東西方向車(chē)道的綠燈燈亮，車(chē)道通行；

南北方向車(chē)道的紅燈燈亮，車(chē)道禁止通行；

S1：東西方向車(chē)道的黃燈燈亮，車(chē)道緩行；

南北方向車(chē)道的紅燈燈亮，車(chē)道禁止通行；

S2：東西方向車(chē)道的紅燈燈亮，車(chē)道禁止通行；

南北方向車(chē)道的綠燈燈亮，車(chē)道通行；

S3：東西方向車(chē)道的紅燈燈亮，車(chē)道禁止通行；

南北方向車(chē)道的黃燈燈亮，車(chē)道緩行；

用以下6個(gè)符號(hào)來(lái)分別表示東西（a）,南北（b）方向上各燈的狀態(tài)。

Ga=1：東西方向車(chē)道的綠燈燈亮；

Ya=1：東西方向車(chē)道的黃燈燈亮；

Ra=1：東西方向車(chē)道的紅燈燈亮；

Gb=1：南北方向車(chē)道的綠燈燈亮；

Yb=1：南北方向車(chē)道的黃燈燈亮；

Rb=1：南北方向車(chē)道的紅燈燈亮。

采用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的轉(zhuǎn)換：

用a表示東西方向，b表示南北方向，用G,Y,R分別表示綠，黃，紅色指示燈，用邏輯1表示燈亮，邏輯0表示燈滅，則有交通信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表以及狀態(tài)編碼與交通信號(hào)燈狀態(tài)的關(guān)系表，分別如圖3.2.1（2），表3.2.1（1）和表3.2.1（2）所示。

            

由表可以得出信號(hào)燈狀態(tài)的邏輯表達(dá)式：

Ga=Qn1’Qn0’;   Ya=Qn1’Qn0 ;   Ra=Qn1 ;

Gb=Qn1 Qn0      ;     Yb=Qn1Qn0’ ; Rb=Qn0’;

由表，用卡諾圖得觸發(fā)器的次態(tài)方程（狀態(tài)方程）:

Qn+11= Qn0    ;     Qn+10=Qn1  ;

對(duì)照J(rèn)K觸發(fā)器的特性方程Qn+1=JQn’+K’Qn,有:

J1=K1’=Qn0   ; J0=K0’= Qn1’。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，交通指示燈亮要有倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示。具體工作方式：當(dāng)某方向綠燈點(diǎn)亮?xí)r，置倒計(jì)時(shí)數(shù)字顯示器為35s，然后每秒減1，直至減為“5”和“0”，綠，黃，紅交通指示燈作相應(yīng)變換，一次工作循環(huán)結(jié)束，進(jìn)而進(jìn)入下一方向的工作循環(huán)。在倒計(jì)定時(shí)計(jì)數(shù)過(guò)程中，定時(shí)計(jì)數(shù)器應(yīng)向交通信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器分別提供定義為T(mén)5和T0的定時(shí)控制信號(hào)，以控制黃燈的閃爍和綠，黃，紅信號(hào)燈的變換。

為簡(jiǎn)化電路，倒計(jì)定時(shí)顯示器件擬采用8421BCD碼輸入的七段數(shù)碼管，并由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器直接驅(qū)動(dòng)。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用具有同步可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)和異步并行置數(shù)功能的74LS190N組成計(jì)數(shù)器。74LS190N沒(méi)有專用的清零輸入端，但可以借助低電平有效的置數(shù)功能，利用預(yù)置數(shù)碼DDCCBBAA=0000，間接實(shí)現(xiàn)清零。74LS190的功能表見(jiàn)表3.1.1。

要實(shí)現(xiàn)35s的倒計(jì)定時(shí)，先用兩塊74LS190芯片級(jí)連成一個(gè)從99減到00的（模100）減法計(jì)數(shù)器。其中，個(gè)位數(shù)芯片74LS190（右）的輸入端CLK接秒脈沖信號(hào)發(fā)生器，輸出端QA和QD通過(guò)一個(gè)與門(mén)連接到十位數(shù)芯片74LS190（左）的輸入端CLK。這樣，當(dāng)個(gè)位數(shù)減到0再減1，即為9時(shí)，與十進(jìn)制數(shù)0和9所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)0000和1001中相對(duì)應(yīng)得數(shù)位QA，QD會(huì)同時(shí)由0變?yōu)?。因?yàn)?4LS190（右）的QA，QD是通過(guò)一個(gè)與門(mén)與十位數(shù)芯片74LS190（左）的CLK端相連接，即相當(dāng)于74LS190(左)輸入了一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿，產(chǎn)生了一個(gè)借位信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了十位數(shù)數(shù)字逢10減1。

定時(shí)計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)設(shè)置，可用8位數(shù)開(kāi)關(guān)S1分別與十位數(shù)芯片74LS190（左）FF1和個(gè)位數(shù)芯片74LS190（右）FF0的預(yù)置數(shù)輸入端D1,C1,B1,A1,D0,B0,C0,A0,相連接。預(yù)置數(shù)的范圍為1~99。置數(shù)開(kāi)關(guān)與正電源接通時(shí)相當(dāng)于接1，懸空時(shí)相當(dāng)于接0。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，紅，綠燈通行時(shí)間為35s，可按圖3.2.2（2）所示方法連接，十位數(shù)芯片74LS190（左）FF1的預(yù)置數(shù)輸入端D1,C1,B1,A1,置為0011（相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)3），個(gè)位數(shù)芯片74LS190（右）FF0的預(yù)置數(shù)輸入端D0,B0,C0,A0,置為0101（相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)5）。

倒計(jì)時(shí)減法計(jì)數(shù)器電路如圖3.2.2（1）所示。圖中，依照74LS190功能表，計(jì)數(shù)控制端CTEN’(CT’)接低電平，加/減計(jì)數(shù)定時(shí)控制端U’/D接高電平，以實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)。當(dāng)開(kāi)機(jī)工作初始時(shí)，74LS190（左）和74LS190（右）的初始狀態(tài)為0000 0000，置數(shù)控制端LOAD’(LD’)為低電平0,74LS190（左）和74LS190（右）執(zhí)行預(yù)置數(shù)，之后LOAD’變?yōu)?，計(jì)數(shù)定時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)�；蛘哒f(shuō)，由于，該倒計(jì)時(shí)減法計(jì)數(shù)器具有自啟動(dòng)能力，開(kāi)機(jī)工作后，定可進(jìn)入初始狀態(tài)0000 0000狀態(tài)。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)計(jì)數(shù)減到數(shù)00時(shí)，LOAD’又變?yōu)?，計(jì)數(shù)定時(shí)器又預(yù)置數(shù)，之后又開(kāi)始倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，再與預(yù)置端不止。由此，可用或門(mén)將74LS190（左）和74LS190（右）的8個(gè)輸出端連接起來(lái)，再與預(yù)置端LOAD’相連接。由于沒(méi)有8輸入的或門(mén)，故用兩個(gè)4輸入或非門(mén)和一個(gè)與非門(mén)相連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。

依據(jù)設(shè)計(jì)要求黃燈每秒閃一次，即黃燈0.5s亮，0.5s滅，故將a向，b向黃燈控制輸出信號(hào)分別和一個(gè)頻率為1HZ的時(shí)鐘信號(hào)各自通過(guò)一個(gè)與門(mén)后，與a向，b向黃燈相連接，如圖3.2.1（1）相關(guān)部分。

增加功能，希望在交通燈每個(gè)燈轉(zhuǎn)換時(shí)，可以有個(gè)提示路人的裝置，提示路人注意交通燈轉(zhuǎn)換了。只需在兩個(gè)JK觸發(fā)器的CLK端增添一個(gè)信號(hào)燈即可，如圖3.2.1（1）相關(guān)部分所示。

將圖3.2.2（1）所示的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器電路與圖3.2.1（1）所示的信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器電路組合的交通信號(hào)控制器電路，如圖3.2.5所示。圖中，倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器向信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器提供定時(shí)控制信號(hào)T5和T0，以實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈4 個(gè)狀態(tài)的循環(huán)轉(zhuǎn)換。T0是一個(gè)只有當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)計(jì)數(shù)減到數(shù)“00”（0000 0000）時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生并輸入到信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器的控制信號(hào)。該信號(hào)是把個(gè)位，十位計(jì)數(shù)器的輸出端QA,QB,QC,QD分別用一個(gè)4輸入或非門(mén)連起來(lái)，再通過(guò)一個(gè)與非門(mén)后，輸入到倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器的置數(shù)控制端。當(dāng)計(jì)數(shù)器減到數(shù)“00”時(shí)，一路T0信號(hào)經(jīng)與非門(mén)輸出為低電平有效置數(shù)信號(hào)，使計(jì)數(shù)定時(shí)器重新置數(shù)為35；另一路T0信號(hào)經(jīng)與門(mén)，或門(mén)輸入到信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，并使信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，一個(gè)方向的綠燈亮，另一個(gè)方向的紅燈亮。T5是一個(gè)只有當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)計(jì)數(shù)減到“05”（0000 0101）時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生并輸入到信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器的另一個(gè)控制信號(hào)，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到“05”時(shí)，由十位計(jì)數(shù)器的輸出端QA,QB,QC,QD通過(guò)一個(gè)4輸入的或非門(mén)產(chǎn)生的輸出信號(hào)，個(gè)位計(jì)數(shù)器輸出端QB,QD通過(guò)一個(gè)2輸入或非門(mén)產(chǎn)生的輸出信號(hào)，個(gè)位計(jì)數(shù)器輸出端QA和QC的輸出端信號(hào)四者通過(guò)一個(gè)與門(mén)后產(chǎn)生的T5信號(hào)，通過(guò)一個(gè)或門(mén)輸入到信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，使交通信號(hào)燈的狀態(tài)隨之轉(zhuǎn)換，綠燈變?yōu)辄S燈，紅燈不變。也就是說(shuō)，由T0和T5形成的時(shí)鐘信號(hào)使交通信號(hào)燈按預(yù)制的S0，S1，S2，S3等4種狀態(tài)循環(huán)點(diǎn)亮。

打開(kāi)3.2.5所示的交通信號(hào)控制器電路，啟動(dòng)仿真，便可以進(jìn)行交通信號(hào)燈控制器的仿真，電路默認(rèn)把通行時(shí)間設(shè)為45s，東西方向車(chē)道的綠燈亮，南北方向車(chē)道的紅燈亮。時(shí)間顯示器從預(yù)置的45s，以每秒減1的速率開(kāi)始倒計(jì)時(shí)。減到數(shù)5時(shí)，東西方向車(chē)道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，南北方向車(chē)道的紅燈狀態(tài)不變，減到數(shù)0時(shí)，1s后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的45s，東西方向車(chē)道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，南北方向車(chē)道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。減到數(shù)5時(shí)，南北方向車(chē)道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，東西方向車(chē)道的紅燈狀態(tài)不變。如此循環(huán)不止。

圖4.1.1 東西綠燈 南北紅燈

圖4.1.2 東西黃燈 南北綠燈

圖4.1.3 東西紅燈 南北綠燈

圖4.1.4 東西方向 南北紅燈

通過(guò)撥動(dòng)預(yù)置時(shí)間的開(kāi)關(guān)可以把通車(chē)時(shí)間修改為其他的值再進(jìn)行仿真（時(shí)間范圍為1~99s），效果應(yīng)同上。啟動(dòng)仿真，東西方向綠燈亮，時(shí)間倒計(jì)數(shù)定時(shí)，交通信號(hào)燈進(jìn)行一次轉(zhuǎn)化，到0s時(shí)又進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且時(shí)間重置為預(yù)置數(shù)的數(shù)值，如此循環(huán)。

為加快檢測(cè)，調(diào)試速度，可將頻率為1HZ的秒數(shù)時(shí)鐘信號(hào)暫時(shí)設(shè)置的更高一些，如100HZ；如發(fā)現(xiàn)8位置數(shù)開(kāi)關(guān)S1又返回到了0000 0000 狀態(tài)，應(yīng)重新進(jìn)行預(yù)置數(shù)設(shè)置。

圖4.2.1 東西紅燈 南北綠燈

圖4.2.2 東西黃燈 南北綠燈

圖4.2.3 東西綠燈 南北紅燈

圖4.2.4 東西綠燈 南北黃燈

在剛接觸到這道題時(shí)，自己完全不知道該如何下手，從哪里開(kāi)始做，查找教材，資料，相應(yīng)軟件，為了這次課程設(shè)計(jì)，我在圖書(shū)館查找了大量的相關(guān)資料，終于被我找全了和本次課程設(shè)計(jì)相關(guān)的不懂問(wèn)題。根據(jù)所分析的系統(tǒng)的電路原理圖，結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在Multisim環(huán)境下進(jìn)行元器件之間的連線和編譯與仿真，及時(shí)檢查元器件的放置、連線是否有錯(cuò)誤。根據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，排除所有實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤并實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。然后，在進(jìn)行自己增添功能的設(shè)置，在各通道上放一個(gè)提示燈，然后仿真運(yùn)行，完成自己本次的課程設(shè)計(jì)電路圖。

經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，在自己的研究下，老師的指導(dǎo)下，通過(guò)學(xué)習(xí)交通燈系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)一種設(shè)計(jì)電子的軟件，增加了我對(duì)電子設(shè)計(jì)的了解和自我學(xué)習(xí)能，增加了自己在遇到問(wèn)題時(shí)的應(yīng)變能力和自我處理能力。雖然，不否認(rèn)在第二天剛開(kāi)始進(jìn)行畫(huà)電路圖時(shí)，沒(méi)有得到自己想要的運(yùn)行結(jié)果，很慌，也很煩，感覺(jué)畫(huà)了好久的電路圖卻沒(méi)有結(jié)果感覺(jué)挫敗，但是后來(lái)在網(wǎng)上搜了相關(guān)問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)只是一個(gè)很小的設(shè)置錯(cuò)誤，然后自己改正，再運(yùn)行，反復(fù)檢查錯(cuò)誤。

連接完電路并且得到想要的運(yùn)行結(jié)果后，開(kāi)始對(duì)電路進(jìn)行更深層次的研究，在網(wǎng)上查找，翻閱圖書(shū)，搞懂電路，認(rèn)真弄懂每個(gè)元器件的功能，想清楚黃燈是怎么實(shí)現(xiàn)的，紅綠燈轉(zhuǎn)換是怎么實(shí)現(xiàn)的，4個(gè)狀態(tài)是通過(guò)什么進(jìn)行交替運(yùn)行的。這也更加深了我對(duì)課程的了解。

從大一到大二，課設(shè)設(shè)計(jì)也是經(jīng)歷了許多，沒(méi)有失敗就沒(méi)有進(jìn)步，這次課程設(shè)計(jì)雖然過(guò)程有點(diǎn)艱辛，但是經(jīng)過(guò)這次實(shí)驗(yàn)讓我明白了理論知識(shí)固然很重要，但是要想更好的學(xué)習(xí)好理論知識(shí)，我們就應(yīng)該動(dòng)手去驗(yàn)證它，理論和實(shí)踐完美的結(jié)合才是最重要的！

最后，感謝老師在此次課程設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)和幫助。

20150303234劉芳.doc (2.61 MB, 下載次數(shù): 131)

2018-6-13 09:41 上傳

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