交通灯控制逻辑电路设计

这是一个数电实验，交通灯，如果使用FPGA或者单片机来完成的话，会简单很多，这里采用的是使用常规的计数器，触发器，门电路等基本器件搭建，扩展部分可以完成总通行时间在100s内任意设置，红、黄、绿灯亮的时间长短之和在100s内任意设置，其实想要超过100s只需要扩展相应的计数器，以及门电路即可，限制功能的往往是资源；

一、选题背景

1.1、应用背景

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挥。其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。

1.2、设计任务和要求

1.2.1、 要求东西方向的红、黄、绿灯和南北方向的红、黄、绿灯按照上面的工作时序进行工作，黄灯亮时应为闪烁状态；
（1）南北和东西车辆交替进行，各通行时间24秒
（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先闪烁4秒，才可以变换运行方向 。
（3）十字路口要有数字显示作为时间提示，以倒计时按照时序要求进行显示；具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿等交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。
（4）可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀状态。
1.2.2、 在完成上述任务后，可以对电路进行电路改进或扩展。(选作：通行时间和黄灯闪亮时间可以在0-99秒内任意设定)。

二、方案论证(设计理念)

交通灯控制系统的原理框图如上图所示。主要由秒脉冲发生器、计数器模块、译码显示模块、状态转换模块、译码模块等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中计数器模块、状态转换的标准时钟信号源，计数器模块主要为状态转换模块提供两个转换信号，译码显示模块将计数器的计数状态译码并通过数码管进行显示，状态转换模块是系统的主要部分，由它控制红绿灯四个状态之间的转换，译码模块将状态转换模块所处状态进行译码，并驱动红绿灯进行状态显示；
TL:表示东西方向或南北方向绿灯亮的时间间隔为20秒，定时时间到，TL=1，否则，TL=0。
TR:表示东西方向或南北方向红灯亮的时间间隔为24秒。定时时间到，TR=1，否则，TR=0。
两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如下图所示：

交通灯以上4种工作状态的转换是由状态转换模块进行控制的。设四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S2、S3表示，则状态转换模块工作状态及其功能如下表所示：

状态转换模块状态	信号灯状态	车道运行状态
S0(00)	南北绿灯亮，东西红灯亮	南北车道通行，东西车道禁止通行
S1(01）	南北黄灯亮，东西红灯亮	南北车道停车，东西车道禁止通行
S2(11)	南北红灯亮，东西绿灯亮	南北车道禁止通行，东西车道通行
S3(10)	南北红灯亮，东西黄灯亮	南北车道禁止通行，东西车道停车

译码模块将状态转换模块当前状态进行译码，驱动相应车道的红、黄、绿灯；为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：
AG=1：南北绿灯亮；
AY=1：南北黄灯亮；
AR=1：南北红灯亮；
BG=1：东西绿灯亮；
BY=1：东西黄灯亮；
BR=1：东西红灯亮；
由此得到交通灯状态转换模块的ASM图，如图下所示。设状态转换模块的初始状态为S0，当S0的持续时间小于20秒时，TL=0，其状态保持不变。只有当S0的持续时间等于20秒时，TL=1，跳转到S1，此时当S1持续时间小于4秒时，TR=0，其状态保持不变，只有当持续时间等于4秒，TR=1时，状态跳转到S2，持续20秒之后满足条件又转换到S3；持续4秒后跳转到S0；

三、过程论述

为了方便后面叙述，先把总体基本电路图放出来；

3.1秒脉冲发生器

秒脉冲发生器由555定时器构成的多谐振荡器产生，振荡频率为$$f=\frac{1.43}{(R_1+2\ast R_2)C}=\frac{1.43\ast 10^6}{(1000+2\ast 1000)\ast 470)}=1.014HZ$$

3.2 计数器模块及译码显示模块

因这译码显示模块依赖计数器模块较大，故将两个模块合并在一起叙述，模块如下图计数器模块及译码显示模块所示：

3.2.1计数器的构成

由两片74LS192构成24进制异步计数器，74LS192为异步置数计数器，要求采用倒计时计数，所以预置数设置为24，用低位74LS192芯片的借位端BO驱动高位 74LS192的减计数时钟端DOWN，完成芯片之间的级联。当两片74LS192芯片的借位端BO都有效时，对两片74LS192芯片进行置数，即$$LOA{D}^{\prime }=(B{O}_0\ast B{O}_1{)}^{\prime }=((B{O}_0^{\prime }{)}^{\prime }\ast (B{O}_1^{\prime }{)}^{\prime }{)}^{\prime }$$,减计数端DOWN接秒脉冲模块输出信号，加计数端UP接高电平，置零端CLR置零；

3.2.1控制信号TL、TR的引出

引出TL和TR信号，按照题意应该在计数器倒计时到4（从24开始的倒计时，故此时为20秒）时引出TL信号，计数器倒计时到0（24秒）时引出TR信号，但是由图3总电路图知，红、黄、绿信号灯模块与计数器模块之间有两级D触发器模块，故红、黄、绿信号灯模块比计数器模块输出信号延后两个时钟周期，为了让计数器计数到4（20秒）或者0（24秒）时，相应的红、黄、绿信号灯实现状态转换，就需要把产生TL信号和TR信号的时间提前两个时钟周期，故图中在计数器计数到6（18秒）时引出TL信号，计数到2（22秒）时引出TR信号；

3.2.3 D触发器消除尖峰信号(竞争冒险)

此处加一级D触发器是为了消除前面组合逻辑电路因竞争冒险产生的尖峰信号对后面状态转换所引起的干扰；例如由于产生TL信号的与非门之前电路的差异，时间延迟也不同；Q0经过一级反相器和一级与门，而Q1经过一级与门，Q2没有经过门电路；当计数器低位74LS192芯片输出信号由1000变为0111时，Q2与Q1必然先变为高电平，而此时Q0还处于低电平，出现0110使TL产生尖峰脉冲，而这个脉冲是错误的，因为此时计数器计数状态处于8到7之间，并没有计数到6，所以我们要避免这种类似的错误；故加一级触发器去消除这个尖峰，由于边沿触发器只有在时钟边沿时才有效，即使前面组合电路产生尖峰信号，这个尖峰信号由于组合电路存在时间延迟，必然晚于时钟边沿到达，早于下一个时钟边沿到达（因为此电路时钟周期为1秒，而一级门电路的延迟时间在纳秒到微秒级别），此时触发器输出不受输入信号的影响，达到消除尖峰信号的目的；

3.2.4译码显示模块

译码显示模块功能是将计数器的计数状态进行显示，由两片74LS48显示译码器，两个共阴极七段数码管，14个限流电阻组成；译码器输入端与计数器输出端对应连接即可，本设计不使用译码器的控制端，故均接高电平；

3.3状态转换模块

状态转换模块是交通管理的核心，它能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出状态转换模块的状态转换表，如下表所示。选用两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态，状态转换模块状态转换的条件为TL和TR，当状态转换模块处于Q1nQ0n= 00状态时，如果TL= 0,则状态转换模块保持在00状态;如果TL=1，则状态转换模块的状态转换到Q1n+1Q0n+1= 01状态。这两种情况与条件TR无关，所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推。

现态	现态	状态转换条件	状态转换条件	次态	次态
Q1n	Q0n	TL	TR	Q1n+1	Q0n+1
0	0	0	X	0	0
0	0	1	X	0	1
0	1	X	0	0	1
0	1	X	1	1	1
1	1	0	X	1	1
1	1	1	X	1	0
1	0	X	0	1	0
1	0	X	1	0	0

根据上表可以推出状态方程，其方法是:将Q1n+1、Q0n+1为1的项所对应的输人和状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或,即可得到下面的方程：


根据以上方程,选用数据选择器74LS153 来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153 的数据选择输入端作为控制信号。即可实现状态转换模块的功能。状态转换模块原理图如下图所示。由一片双四选一数据选择器74LS153和两个D触发器74LS74组成状态转换模块。触发器记录4种状态，数据选择器与触发器配合实现4种状态的相互交换。电路逻辑图如下：

其原理为:两个D触发器的置零以及置一端无效，故CLR和IPR均接高电平。时钟信号端CLK接秒脉冲发生器的输出端，数据选择器的输出端分别接D触发器的输入端，Y1接输出为信号的触发器的输入端，Y2接输出为的触发器的输入端。因为

所以数据选择器的地址端B接Q1n，地址端A接Q0n。输出为Y1的D触发器的数据端C0接地，C1接TR，C2接TR反，C3接高电平VCC。输出为Y2的D触发器的数据端C0接TL，C1接高电平VCC，C2接地，C3接TL反。数据选择器的使能端均有效，故1G,2G接低。如上图所示:74LS74两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数,将触发器的的现态值加到74LS153的数据选择端作为控制信号，即可实现状态转换模块的功能。

3.4译码模块

3.4.1状态译码

译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0 的4种工作状态，翻译成南北、东西车道上红、黄、绿三种信号灯的工作状态。状态转换模块的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如下表所示。

现态	现态	南北绿灯	南北黄灯	南北红灯	东西绿灯	东西黄灯	东西红灯
Q1n	Q0n	AG	AY	AR	BG	BY	BR
0	0	1	0	0	0	0	1
0	1	0	1	0	0	0	1
1	1	0	0	1	1	0	0
1	0	0	0	1	0	1	0

根据上表可以得到各路信号灯的控制信号表达式如下：
南北方向车道绿灯：

南北方向车道黄灯：

南北方向车道红灯：

东西方向车道绿灯：

南北方向车道黄灯：

南北方向车道红灯：

将（Q1n反）和（Q0n反）通过与门连接在南北方向的绿灯上，Q1n和（Q0n反）通过与门连接在南北方向的黄灯上，Q0n直接连接在南北方向的红灯上，Q1n和Q0n通过与门连接在东西方向的绿灯上，(Q1n反)和(Q0n反)通过与门连接在东西方向的黄灯上，（Q0n反）直接连接在东西方向的红灯上；即可完成对状态的译码；译码模块如下图所示。

3.4.2 黄灯闪烁

自动控制黄灯闪烁：单刀双掷开关S1向上闭合连接时钟信号时，通过时钟信号的高低电平和

相与得到南北方向黄灯的闪烁状态，通过时钟信号的高低电平和

相与得到东西方向黄灯的闪烁状态；
黄灯不闪烁：只需要将S1向下闭合，S2断开即可；如下图所示：

3.5整个交通灯布局图

四、扩展功能

要求：通行时间和黄灯闪亮时间可以在0-99秒内任意设定；

4.1红灯亮的时间设计

通行时间即绿灯时间和黄灯闪亮时间可以调节，说明红灯的时间可以调节，可以利用已知的绿灯以及黄灯的时间推出红灯亮的时间；红灯亮的时间等于绿灯亮的时间加上黄灯闪亮的时间；在计数器的置数端用开关控制输入，即可对红灯亮的时间长短进行调节,如果红灯亮的时间为60秒，则从左到右开关的状态应为关、开、开、关，关、关、关、关。如下图所示；

4.2黄灯闪亮时间以及绿灯亮的时间设计

红灯亮的时间（黄灯亮的时间加绿灯亮的时间）已经由上图装置设定，要分别设置绿灯和黄灯亮的时间，只需要一个点把红灯亮的时间分成两段时间就行了，因为TR信号都是在计数器计数到2时产生的，所以控制绿灯以及黄灯亮的时间只需要控制TL信号即可，要想让TL能够在0到99之间变化，就必须通过八个非门对计数器输出的八个信号进行取反，通过单刀双掷开关对计数器八位输出的原变量和反变量进行选择，之后八个信号每两个通过一个与门，即需要四个与门，最后再将这四个与门用一个四输入的与非门连接，在通过反相器后，输出便是TL；如下图所示。例如绿灯亮50秒，黄灯闪亮10秒，由图11设置红灯亮60秒，计数器从60秒开始倒计时，那么当倒计时到10秒时，黄灯就应该开始闪亮，似乎TL就设置为10（50秒）时有效，但是由于后面两级触发器的延时，此处设置应为12（48秒）；延迟两秒后，数码管显示10时，黄灯才能正常闪烁；假设此处单刀双掷开关向上掷为开，向下为关；那么设置TL在12时有效时，从上至下开关状态为关、关、关、开，关、关、开、关，便可以实现绿灯亮50秒，数码管显示10时，黄灯开始闪亮，直到数码管示数0；

4.3整个交通灯控制系统的布局

五、结果分析

基本电路默认把通行时间设为24秒，南北方向车道方向绿灯亮，东西方向车道的红灯亮。数码管从预置的24秒，以每秒减1,减到数码管示数为4时，南北方向的绿灯转换为黄灯，其余灯都不变。数码管示数减到0后时南北方向的黄灯转换为红灯；东西方向的红灯转换为绿灯。如此循环下去。并且在数码管示数由8变为7的时候，TL反相器后的指示灯会闪亮一下，说明组合电路产生的尖峰脉冲确实存在，而第一级触发器后面TL的指示灯并不会闪亮，这也说明D触发器能够消除前面组合电路产生的尖峰脉冲对后面电路的影响；
扩展电路将红灯亮的时间设置为74；上图从左到右开关状态依次设置为关、开、开、开，关、开、关、关完成74的设置，绿灯亮51秒，黄灯亮23秒，则TL有效信号为25，所以上图的开关从上至下依次设置为上、上、下、上，上、下、上、下；开始仿真后；数码管从预置的74秒，以每秒减1,减数码管示数为23时，南北方向的绿灯转换为黄灯，其余灯都不变。数码管示数减到0后时南北方向的黄灯转换为红灯；东西方向的红灯转换为绿灯。如此循环下去。

六、参考文献

阎石，王红.数字电子技术基础.5版.北京：清华大学出版社，2005.

七、验证源文件

百度网盘链接：
https://pan.baidu.com/s/1gmSRpjVzCFvqGfhN4DJR_Q
提取码：6nfy

一、设计任务和要求

设计一个简易交通灯控制逻辑电路，要求：
1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s。
2、东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。
3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间10s。
4、如果发生紧急事件，可以动手控制四个方向红灯全亮。

二、设计目的

1、进一步熟悉和掌握数字电子电路的设计方法和步骤
2、进一步将理论和实践相结合
3、熟悉和掌握仿真软件的应用

三、设计方案选择

任务要求实际上就是4个状态，不妨设：
S1：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s；
S2：东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s；
S3：南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s；
S4：如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。
【表1】主电路状态与指示灯状态转换

主电路状态	东西方向绿灯G1	南北方向红灯R2	黄灯Y	东西方向红灯R1	南北方向绿灯G2
S1	1	1	0	0	0
S2	0	0	1	0	0
S3	0	0	0	1	1
S4	1	0	0	1	0

主电路要实现S1→S2→S3状态的循环转换，而且可以在任何一个状态进入S4，并能恢复正常工作状态。S1=15s；S2=5s；S3=10s。

方案一

①、S1-S3使用2个SR锁存器，设置00，01，10三个状态。
②、S4使用触发器，当出现紧急情况，触发器由“0”进入S4状态“1”后，在解除紧急时，恢复“0”，进入S1状态。
③、使用4个JK触发器，实现16位计数。

方案二

①、S1-S3使用2个7473替代的T触发器。JK触发器包含SR触发器和T触发器的功能，J=K=T，则得到T触发器。
②、S4使用或门、非门实现，从【表1】可知：
G1=S3+S4
R2=S1·~S4
Y=S2·~S4
R1=S3+S4
G2=S3·~S4
③、使用74192同步可逆10进制计数器（8421码）2个

方案一、优点：状态转换简单；

          解除紧急（S4）后指定回到S1；
    缺点：电平触发，与时钟信号不匹配；

方案二、优点：下降脉冲触发，与时钟信号匹配；

          容易处理，可显示数值；
    缺点：解除紧急（S4）后回到S1/S2/S3任一状态，不固定；

综合考虑，为使电路简化、运行稳定，选用方案二。

方案框图

1. 计时器：使用上升时序，个位、十位两片74192。进位关联使用个位TCU＝十位UP实现（Terminal Count Up (Carry) Line）。数据状态通过判断条件进入选择器74S153。判断条件成立后执行清零。
2. 时序Sx控制：使用74LS73改装的T触发器2个，实现S1→S2→S3状态的循环转换。
3. 判断时钟、Sx：判断74192和74LS73的状态，满足条件输出74192的清零使能和74LS73的CLK信号。
4. 翻译Sx－LED，翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态：
5. 输出调整电路，令紧急电平开关控制LED的状态。

四、单元电路的选择设计

• 1、秒脉冲电路的选择设计

①秒脉冲可以由函数信号发生器产生，也可以由555定时器组成多谐振荡器产生。

②本实验采用555定时器组成的多谐振荡器，采用如图所示的接法，引入了二极管D1和D2，电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经R1，放电电流只流经R2，因此电容的充电时间变为T1=R1Cln2，放电时间变为T2=R2Cln2，故得脉冲的占空比为q=R1/(R1+R2)，若取R1=R2，则q=50%，相应的周期变为T=（R1+R2）Cln2，取C=100uF。为了使输出波形稳定，取R1=R2=5.6K。

1.秒脉冲电路原理图：

电路仿真图：

2、计时系统电路的选择设计

计时系统包括由74192构成的计数器和数字译码显示器等，电路图
如图

• 计数器由两片74192十进制计数器组成两位十进制加法计数器，控制个位数的74192接入脉冲输入，进位输出端接十位数的加计数输入端。
• 两个芯片上的计数器输入端都接地，清零端接紧急开关，当紧急开关接地时，清零端输入低电平，计数器正常工作，当紧急开关接高电平时，计数器清零停止工作。74S153的1Y、2Y通过一个或门后接两个74192的预置数端，数据状态通过判断条件进入选择器74S153。判断条件成立后执行清零。控制个位数的74192的QB、QC经与门接入74S153的B输入端，当个位到达6时，输出为“1”；控制十位数的74192的QA接74S153的1C2、2C1、2C3，当十位到达1时，输出为“1”。
• 计数器的输出端分别连接对应数字译码显示器的输入端。
  74192功能表如下：
  

3、状态控制器电路的选择设计

状态控制器是交通灯控制电路的核心，能够控制交通灯工作状态的转换。本设计需要循环的状态一共是三个，分别是S1、S2、S3，采用74LS73，JK触发器。

用JK触发器构成T触发器：

则有：

• 使2个T触发器的4状态循环变为3状态循环，使用作系统状态。由选择器74153判断。

	74LS73	74LS73
状态			持续时间
S1	00	11	15S
S2	01	10	5S
S3	11	00	10S

状态转换图：

74LS73功能表如下：

4、时钟、状态控制判断系统电路的选择设计

判断系统由74S153数据选择器构成，电路原理图如下：

数据选择器输出的逻辑式为：

		1Y=[1C0(~A~B)+1C1(~AB)+1C2(A~B)+1C3(AB)]·1G;
	    2Y=[2C0(~A~B)+2C1(~AB)+2C2(A~B)+2C3(AB)]·2G;

由图可知：

		   1C0=1C1=2C0=2C2=0;
		   1C2=2C1=2C3=QA(十位74192)；
		   1C3=1;
		   B=QA·QB（74S153）;
		   A=Q0(JK0 74LS73);

   ~1G、~2G分别接Q1(JK1 74LS73)和~Q1(JK1 74LS73)

状态	CLK	Q1 74LS75	Q0 74LS73	@B74192	@C74192(2)
S1	1	0	0	1	1
S2	1	0	1	1	X
S3	1	1	1	X	1

74S153功能表如下：

5.状态翻译电路的选择设计

状态翻译电路由74LS138（3-8线译码器）实现，电路图如下：

A=Q0(74LS73)
B=Q1(74LS73)
C接紧急开关
74LS138功能表如下：

74LS138功能表如下：

6.输出调整电路的选择设计

由于74LS138输出的是而不是，另外需要实现正的逻辑，所以增加G6～G1来调整线路。电路图如下：

7.紧急开关设计

紧急开关电路图如下：

当紧急开关接地电平时，74192计数器正常工作，74LS138译码器工作输出为Y0、Y1、Y3，交通灯正常工作；当紧急开关接高电平时，74192计数器停止工作，74LS138输出不为Y0、Y1、Y3中的任意一个，所以黄、绿交通灯均不能工作，而红交通灯直接接了紧急开关，所以红交通灯全部亮起。

8.信号灯系统电路设计

信号灯系统的电路图如下：

五、系统的调试与仿真

1、调试软件：采用Multisim10软件进行仿真。

2、仿真电路的联成

仿真电路如下：

3、电路的调试

• ①调试秒脉冲
  将秒脉冲输出接示波器，观察输出波形，当两个电阻阻值为5.6K时，波形最稳定。

• ②调试运行时，仿真软件时间太长，难以看出结果，可以点击菜单栏中Simulate/Interractive transient analysis，在弹出对话框中的Instrument Analysis区进行更改，将Maximum time step(TMAX)中的时间调整到0.001~0.005之间比较合适。

• ③计数器测试时，首先是将个位数的QA、QC引出到74S153中，但运行时在个为显示器到刚到达4计数器便立即清零只能显示13,猜想原因可能是由于元件的延时造成的，所以改为将个位数的QB、QC引出到74S153，再运行结果稍稍有所改善可以短暂显示4。

• ④紧急开关最初的设计没有连接计数器的清零端，计数器的清零端是接地的，但在紧急开关开启时，计数器仍然在计数所以改为将紧急开关连接计数器的清零端，正常工作时，清零端输入低电平，当紧急开关开启时，清零端输入高电平，计数器工作在清零状态。

• ⑤元件调整：双击原件即可调整原件参数。如果在运行状态，这个操作会导致总电源的关闭。

• ⑥接线问题：当且仅当元件、结点不移动的情况下，连线不移动，新接连线会自动调整，可用鼠标移动到线上拖动，若线上出现小方框，说明线太密，不能移动。连线不能倾斜，全部横向或竖向。当第三点需要连接在线上是，可以从端点拖动到线上。EWB不允许出现悬空线，也不允许从导线开始延伸到端点。

• ⑦器件、结点圈选以后可以整体移动。圈内的器件、结点相对位置不会移动，导线两端均在圈内则不移动，导线两端在圈外亦不移动。导线一端在圈内，一端在圈外则会自动调整。

仿真截图如下：

S1状态，东西方向绿灯亮南北方向红灯亮，时间为15秒；

S2状态，东南西北四个方向黄灯亮，时间为5秒；

S3状态，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，时间为10秒；

S4状态，紧急状态，东南西北四个方向红灯全亮，计数器清零不显示。

六、心得体会

经过两周的努力终于完成了关于交通灯控制电路的电子课程设计，
通过不断的查资料让我积累了许多实际操作经验，
已初步掌握了数电的应用技术。巩固了数电课程知识，加深对基本器件、FF、时序电路、逻辑电路的理解。
我深刻体会到数字电子技术对当今现代社会的重要作用。经过这次设计，我学会了严密的思考，构想及怎样把计划付诸于实际行动中。
同时与社会的不断高速发展的步伐相比
我认识到自己所学的知识和技能还远远不足 有些实际问题还不能解决，很多更好的设想也无法实现，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解决实际问题的能力，缺乏高效利用及筛选大量资料的能力，有待在今后的学习实践中进一步提高。经过这次课程设计，我更加认识到要学好自己的专业知识以适应不断发展的社会。

七、元件列表

元件序号	型号	主要参数	数量
74192	74LS192	十进制、LOAD低电平有效	2
74S153	74LS153	2组数据4选1选择器 使能端Ea、Eb低电平有效	1
74LS73	74LS73	J＝K＝T，2个T触发器	1
74LS138	74LS138	3-8线译码器	1
G0	74LS00+74LS04	2输入与门	1
G1、G2	74LS00	2输入与非门	1
G3、G6、G7、G8	74LS04	2输入非门	1
G4、G9、G10	74LS02+74LS04	2输入或门	1
G5	74LS86	2输入异或门	1
红灯		2.5V	4
绿灯		2.5 V	4
黄灯		2.5V	4
个（十）位显示	DCD_HEX		2

八、参考书

[1]阎石.数字电子技术基础第四版[M].北京：高等教育出版社
[2]罗中华.数字电路与逻辑设计课程[M].北京：电子工业出版社
[3]梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：华中理工大学出版社
[4]郭海文.电气试验技术[M].北京：中国矿业大学出版社
[5]74LS73说明书
[6]74LS138说明书
[7]74LS153说明书
[8]74LS192说明书

《电子技术基础课程设计》——交通灯控制逻辑电路设计

最近无聊整理一下以前的笔记之类的，发现以前的课设，简陋粗糙，还是记录下吧。

此设计有具体接线说明
实验箱大概如下图

课设任务及要求

1、满足如图 1 顺序工作流程
t为时间单位

2、满足两个方向的工作时序
即东西方向亮红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、绿灯时间之和。时序工作流程图见图 1 所示。
图 2 中，南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为 5t、1t、6t，一次循环为 12t。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。

3、十字路口要有数字显示作为时间提示
具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为“6”，然后以每秒减 1 计数方式工作；当数显示为 1 时，绿灯灭，黄灯亮；直至减到数为“0”，黄灯灭，红灯亮；另一方向在该时间内一直为红灯，计数显示为“0”不变。当计数减到数为“0”时，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。

所需元器件

1、电子技术基础课设实验箱
2、5V 直流电源
3、集成电路芯片：可预置十进制同步加减计数器 74LS168（2 片）、8 位移位寄存器 74LS164（1片） 两输入与门 74LS08（2 片）、 反向器 74LS04（1 片）

方案设计以及 电路详细设计

红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的系统框图如下图所示。

1、连续脉冲发生器
交通灯系统由连续脉冲发生器，交通灯控制器，定时控制电路，译码器组成。其中交通灯控制器，定时电路是核心。脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。产生 1HZ 的连续脉冲，供计数电路使用。
电子技术基础实验箱左侧的控制板中集成该部分电路。该电路采用单片机产生脉冲信号，通过旋钮调节脉冲信号频率，频率范围1HZ~1000HZ。信号通过导线从连续脉冲输出孔引出，供计数电路使用。

2、交通灯控制器
计数器每次工作循环周期为 12，所以可以选用 12 进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模 74LS164 八位移位寄存器组成扭环形 12 进制计数器。
该部分分为东西方向和南北方向，各有红、黄、绿三色 LED，在控制器的控制下按照规则红、黄、绿三色切换变化。该部分电路已集成在课设实验箱左侧的控制板中，无需再单独设计。可用导线将控制器的控制信号连接到信号输入孔中。
3、显示控制部分
显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减 1，直到计数器为“0”而停止。计数器采用可预置数的减法计数器，显示译码采用共阴极 BCD—七段译码管。
由 74LS164 组成扭环形计数器，然后经译码后输出十字路口南北、东西两个方向的控制信号。绿灯 5 秒、黄灯 1 秒、红灯 6 秒，12 个脉冲后 74LS164 复位回到表 1 的状态 0，重复执行。

列出状态真值表，得出东西南北绿、黄、红灯逻辑表达式：

东西方向
绿：EWG=Q4·Q5
黄：EWY=~Q4·Q5
红：EWR=~Q5

南北方向
绿：EWG=_Q4·Q5
黄：EWY=Q4·~Q5
红：EWR=Q5


移位 将此工作模式的引脚对应连接
复位信号为高电平时，寄存器从第一位开始在每个时钟信号的上升沿对输入数据依次移位存储。输入值为DSA和DSB的与，根据表1知，移位输入六个1后，又移位输入六个0，将A和B并联接Q5的非(Q5是先六个0，后六个1的顺序)，就形成了12进制。DSA,DSB输入为实现计数器的正确循环关键

//具体连线
DSA或DSB其中一个连Q5，另外一个接高电平。芯片内会自动将DSA和DSB的与的值 赋给Q0，移位。
如   DSA——Q5      DSB——VCC（高电平）
VCC（实验箱上）——VCC（芯片上）		
GND（实验箱上）——GND（芯片上）
 CP（实验箱上）——CP（芯片上）
 ~MR （复位）接  VCC
 Q4,Q5后续引出到74ls04，74ls08 按照红绿灯逻辑表达式所需连接
 其余引脚 Q0,Q1,Q2,Q3,Q6,Q7不连接

4、显示译码部分
南北、东西方向分别使用一片加减计数器 74LS168 实现六进制加法计数器。当南北方向绿灯亮时，南北方向计数器置入初始数据“6”，以减法计数器方式工作，从数字“6” 开始往下减，东西方向计数器停止计数，保持“0 不变”，红灯亮；当减到“1”时，南北方向绿灯灭、黄灯亮，东西方向红灯亮不变；当减到“0”时，南北方向黄灯灭，红灯亮，停止计数，东西方向置入初始数据“6”，以减法计数器方式工作。


Load 置数
Count Down（减法计数）
两片74ls168,一片设置东西方向的倒计时，一片南北方向倒计时

具体连线：
1、南北方向
U/~D  接 GND  //（选减法计数器模式）

~PE   接  ~（~Q4·Q5）//东西向黄灯状态取非
//~PE选用东西向黄灯状态决定（~Q4·Q5）  （预置数是输入置数信号这一信号过后才实现置数。其实是南北t为11的状态，下一状态为南北绿灯。用黄灯方便表示就用东西方向黄灯表示了）
//~PE 低电平才预置，黄灯状态亮是高电平，所以要把黄灯状态取非与~PE相连才正确

~CEP 接  GND
~CET 接	Q5   //（南北红灯）
//两者都为低电平时是减法计数，若其中有一个以及一个以上为高电平，数字锁存，不变，预减数为0时，即红灯开始时锁存。红灯时为高电平，直接接南北方向红灯

因6的二进制为0110  设置预置数P3P2P1P0=0110
P0——GND 0
P1——VCC 1
P2——VCC 1
P3——GND 0
VCC（实验箱上）——VCC（芯片上）		
GND（实验箱上）——GND（芯片上）
 CP（实验箱上）——CP（芯片上）
 
倒计数输出到数码管显示
//A3,A2,A1,A0,DP 为·与数码管连接的CD4511芯片引脚，数码管显示译码采用共阴极BCD—七段译码器。数码管显示译码部分已集成在课设实验箱左侧的控制板中
Q0——A0
Q1——A1
Q2——A2
Q3——A3

2、东西方向
U/~D  接 GND  //（选减法计数器模式）
~PE   接  ~（Q4·~Q5）//南北黄灯状态取非
~CEP 接  GND
~CET 接	~Q5   //（东西红灯）
P0——GND 0
P1——VCC 1
P2——VCC 1
P3——GND 0
VCC（实验箱上）——VCC（芯片上）		
GND（实验箱上）——GND（芯片上）
 CP（实验箱上）——CP（芯片上）
输出到数码管显示(A3,A2,A1,A0,DP 为·CD4511引脚)
Q0——A0
Q1——A1
Q2——A2
Q3——A3

再介绍下74ls04及74ls08
74ls04是带有6个非门的芯片，就是有6个反相器，它的输出信号与输入信号是完全相反的。

VCC,GND对应连接
1A  连 Q5，则1Y 输出为 ~Q5
2A   连 Q4 ,2Y输出~Q4
3A  连  东西黄灯，3Y 输出连控制南北方向74ls168的 ~PE引脚
4A  连  南北黄灯，4Y输出连控制东西方向74ls168的 ~PE引脚

一片74LS08芯片内有共四路二个输入端的与门

Y=AB

VCC,GND对应连接
1A  连 Q5，  1B连Q4， 1Y 输出为 Q5·Q4（接东西绿灯 实验箱上对应引脚）
2A  连 ~Q4， 2B连Q5， 2Y 输出为~Q4·Q5（接东西黄灯）

3A  连 ~Q4，  3B连~Q5，3Y 输出为 Q5·Q4（接南北绿灯）
4A  连  Q4，  4B连~Q5，4Y 输出为~Q4·Q5（接南北黄灯）