十字路口红绿灯指挥系统.doc

1、十字路口红绿灯控制系统电路的设计 目录一、设计任务与要求3二、元器件清单及简介3三、设计原理分析53.1控制器设计53.2定时器设计73.3时钟信号脉冲发生器设计73.4译码器设计73.5延时电路设计83.6总电路图9四、设计的基本步骤及原理图10五、设计中的问题及改进14六、总结15七、参考文献15一、设计任务与要求1.自动完成绿黄红绿工作循环；2.每种信号灯亮的时间相等，如：绿灯亮10秒黄灯亮10红灯亮10秒，如此循环；3.用倒计时的方法，数字显示当前信号的剩余时间，提醒行人和司机；二、元器件清单及简介2.1清单：名称大小型号数量封装型号非门74LS04N12DIP14数据选择器74153

2、（四选一）1DIP16与门74LS081DIP14计数器741922DIP16D触发器74742DIP14译码器74LS1381DIP16脉冲 100HZ1DIP16电阻65.5k1AXIAL0.3电容 10uF1RAD0.1数码管DCD-HEX-DIG-GREED2SIP8二极管3DIODE0.72.2简介：在multisim10.0中集成块介绍2.2.1 74153图2.2.2 74192图74192集成计数器的逻辑功能表：清零预置使能预置数据输入数据输出 R0LDCPuCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0 HLLLL LLDCBADCBA LH上升沿H加法计数 LHH上升沿减法计数19

3、2 为可预置的十进制同步加/ 减计数器， 共有54192/74192，54LS192/74LS192 两种线路结构形式。其主要电特性的典型值如下： 192 的清除端是异步的。当清除端（LR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能。192 的预置是异步的。当置入控制端（LD）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（AD）相一致的状态。192 的计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在4 个触发器上而实现。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CPD或CP

4、U，此时另一个时钟应为高电平。三、设计原理分析绿红黄灯工作分三个阶段，即控制器有三个状态T0、T1、T2。在状态T0停留10秒，此间绿灯亮，然后转至状态T1。在状态T1停留10秒，此间黄灯亮。10秒后转至T2，在状态T2下，红灯亮10秒，10秒后返回状态T0。红绿灯控制系统由控制器、定时器、时钟信号脉冲发生器、译码器以及延时电路组成。控制器有3个输入信号：TS=10，TM=10，TL=10；3个状态信号：T0、T1和T2，编码分别为00、01、10，由Q1Q0表示。一个输出信号W：表示状态转换。三个状态信号分别控制绿红黄三种颜色的灯。W是计数器的回零信号。3.1控制器设计列出状态转换表如表1所

5、示，由状态转换换表可推出状态方程和状态转换信号如输 入输 出现 态状态转换条件次 态转换信号Q1n Q0nTS=19S TM=4S TL=14SQ1n+1 Q0n+1W0 00 00 10 11 01 00 1 0 1 0 10 00 10 11 01 00 0010101利用中规模集成电路实现控制器。控制器有三个状态，选择两个D触发器F1和F0组成控制时序电路的时序逻辑部分，其驱动方程就是控制器的状态方程，选择2个四选一数据选择器(74LS153)M2、M1组成控制器时序电路的组合逻辑部分。将触发器的现态作为数据选择器的选择变量，即BA=Q1nQ0n,状态转换信号TS、TM、和TL作为数据选

6、择器的输入信号，绿红黄灯控制器的逻辑图如图2所示,图中C0对应TS，C1对应TM，C2对应TL。对于数据选择器M1和M2，设控制器现态Q1nQ0n=BA=00，由选择器M1和M0选择的数据分别为Y2=0，Y1=TS，即Y2Y1=0TS，由状态转换方程可知，正是00的次态，若TS=0，Y2Y1=00，若TS=1，Y2Y1=01；当现态Q1nQ0n=BA=01，选择器M1、M2选择的数据Y2Y1为TM和TM的非，由状态转换方程可知，正是01状态的次态；同理，当现态Q1nQ0n= BA=10，选择器M1、M2选择的数据Y2Y1为TL的非和0，是10状态的次态。由此可见，数据选择器M1、M2所选择的数

7、据是控制器的次态数据，图所示的逻辑电路能够满足要求。控制器图：3.2定时器设计定时器选用可逆计数器74192，它提供10、10、10秒的定时信号分别控制控制器状态的转换，当倒计数到零时，计数器产生的回零信号W提供给控制器的TS、TM、TL，使不同颜色交通灯状态发生跳转。计数器由两片74192构成，由双D触发器的输出Q1Q0决定预置时间，Q1Q0=00时，预置时间为10秒，Q1Q0=01时，预置时间为10秒，Q1Q0=10时，预置时间为10秒。当倒计数到零时，由两个借位输出端B0产生信号通过延时电路控制LD端置数。3.3时钟信号脉冲发生器设计提供一个0.1khz方波的脉冲。3.4译码器设计控制器

8、状态与信号灯的关系如下表所示。选用74LS138译码器对系统状态变量进行译码，再经过非门产生高电平有效的三色灯控制信号G、Y、R。控制器状态与信号灯的关系状态Q1Q0GYR000110100 010001译码器逻辑图如图所示：3.5延时电路设计倒计数到零时，由计数器产生的回零信号促使控制器状态跳转，跳转后的Q1Q0给计数器重新置数，同时回零信号将低电平送入LD置数有效，Q1Q0必须在LD得到低电平前已发生跳转并给计数器置数端置数好，所以必须让回零信号通过一个延时电路输出给LD，用可调的RC延时电路，既方便又简单。具体电路如图所示。3.6总电路图：四、设计的基本步骤及原理图电路原理图的步骤(1)

9、 通过Multisim10.0的电路图连接PCB板的图(2)连接完成后，编辑元件属性。如图(3) 电气规则的检查。执行菜单命令ToolERC，对画好的原理图进行电气规则检查。如图：(4) 建立网络表。执行菜单命令DesignCreate Netlist,如图（5）网络表建立完成后，执行DesignLoad Nets，如图（如果出现错误1、元件的封装在封装库中找不到；2、电路原理图中元件的管脚名与封装的管脚名不一样。） 然后单击Execute按钮，这时就导入了所有的网络和元件。如图所示：（6）自动布局，执行菜单命令ToolAuto Placer。如图：（7）自动布线，执行菜单命令Auto Rou

10、teSetup.然后点击Route All按钮。如图：3D效果图：五、设计中的问题及改进在multisim10.0设计过程中，我们进行了多次仿真，不断对电路进行修改，最后得到了以上总电路图。在第一次仿真时，结果是电路无法翻转计数，当第一状态结束，即绿灯状态19秒计时完后，它又直接计数19并不再计数；于是我们又对电路各个模块进行排查，最后确定电路正确，且与方案没什么冲突，这是我们猜想是192芯片的BO溢出信号出少了一个延时电路，是的溢出信号还来不及让D触发器翻转，就直接输给192的LOAD端使其直接计数，并一直保持低电平；分析出原因后，我们给电路加上了延时电路，再次进行仿真。再次仿真发现第一个状

11、态结束后，电路翻转，但从99开始计时，以后都是如此反复，这是我们意识到是延时时间长了，于是经过多次修改，最终将参数配置成功，完成了仿真。在protel设计过程中,我们进行多次导入，元件的封装在封装库中找不到，自己费力的去寻找；而且在电路原理图中元件的管脚名与封装的管脚名不一样。与此同时，在手动布局布线的过程中，出现许多小错误，例如：把连线关系密切的元件尽量放在一起；模拟部分和数字部分不要放在一起；功率信号和小信号器件不要放在一起；还要布局美观、整洁。六、总结此次课程设计以三人为一组，这是一个靠团队才能更好的完成的任务，只有取大家之精华才能做到又快又好!仿真出来后，就是开始做PCB封装，当中也出

12、现好几次错误，仔细检查，总发现不了哪儿出错。无奈的我们只好求助老师。经过老师的分析，得到的结果很是打击我们理论有问题！当时我还是不死心，说可是仿真出来了啊，但老师告诉我们的是，仿真是绝对理想的东西。这时我们都不得不承认我们的理论出问题了.经过此次的课程设计，让我明白了，理论与实际总是有差距的，在实际没有证实前，再好的理论它终究还是理论吗，这或许就是为什么历史上许多伟大理论诞生到实践证明前都不被真正承认的原因吧。还有一点感悟是就是自信是必须的但也不能够太过乐观，因为即使准备的在充分，总是还有突发情况需要我们面对。同时，课程设计也是个需要耐心的事，心急吃不了热豆腐，只有一步一个脚印，才能将它做好！最后，要感谢老师给我们的指导和帮助，谢谢您！七、参考文献林红.周鑫霞编著数字电路与逻辑设计 第2版，清华大学出版社，2004；阎石主编数字电子技术基础 第4版，北京：高等教育出版社，1998；伍时和主编数字电子技术基础 第1版，北京：清华大学出版社，2009. 李良荣主编.EDA技术及实验 第1版，成都：电子科技大学出版社，2008.17