74LS190交通灯控制电路的设计与仿真课程设计.docx

74LS190交通灯控制电路的设计与仿真课程设计目录 一、课程设计时间 1 二、课程设计题目 1 三、设计任务、要求及器件 1 四、课程设计的电路及工作原理 2 五、设计中出现的问题 8 六、心得体会 8 一、课程设计时间：5月25 日 、 5月 27日 、 x月x日 、 6月 3日 二、课程设计题目：交通灯控制电路的设计与仿真 三、设计任务、要求及器件 1、 设计任务与要求 1）、能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态，用两组红、黄、绿三色灯来表示两个方向上的交通灯; 2）、能实现正常的倒计时功能，用两组数码管作为东西和南北方向的到计时显示，并且对红、绿灯的时间可调，在每次由绿灯变成红灯或相反的过度转换过程中，要亮黄灯2秒作为过渡； 3）、能实现由手动控制红、绿的状态，即达到能手动切换交通灯的特殊状态的功能； 2、 用的器件及芯片，见表一 表一 数码管 脉冲源 逻辑与门 逻辑或门 灯 逻辑或门 电平开关 开关 四、课程设计的电路及工作原理 交通灯控制电路主要由循环部分电路、减数器和显示等部分组成。用到的信号是时钟信号，脉冲发生器是提供给该系统中减数器的标准时钟信号源，循环电路部分是系统的主要部分，由它控制定红、黄绿、灯的往复工作，减数器与数码管组成不同进制与时间显示。即74194输出用于点亮红、黄、绿灯和控制灯点亮同时进行的倒计数，倒计数及灯点亮时间的设置可由74190完成，手动脉冲和74190的进位输出脉冲又可用于去激励74194进位输出，如此往复形成红绿灯的循环点亮控制。 1、往复循环电路及原理 在设计中用到起移位作用的芯片是双向移位寄存器74LS190，用此芯片来控制灯的移动，可搭建出单循环和往复循环两种结构电路。 双向移位寄存器74194 为 4 位双向移位寄存器，其主要电特性的典型值如下： 当清除端为低电平时，输出端均为低电平。当工作方式控制端均为高电平时，在时钟上升沿作用下，并行数据被送入相应的输出端QAQD。此时串行数据被禁止。当S0 为高电平、S1 为低电平时，在CLOCK上升沿作用下进行右移操作，数据由DSR送入。当S0 为低电平、S1 为高电平时，在CLOCK上升沿作用下进行操作，数据由DSR送入。当 S0 和 S1 均为低电平时，CLOCK 被禁止。对于 54194，只有当 CLOCK 为高电平时 S0 和 S1 才可改变。 引出端符号： CLOCK 时钟输入端 CLEAR 清除端 AD 并行数据输入端 DSL 左移串行数据输入端 DSR 右移串行数据输入端 S0、S1 工作方式控制端 QAQD 输出端 在设计中用的是往复循环连接方式： 往复循环计数电路的设计采用的是同步方式，使用D触发器控制74LS194的左右移位， 设计电路图如下，图一所示： 图一、红绿灯的交替电路 为达到往复循环计数电路的设计，需满足下列表格的要求，见表二： 表二 CLK 0 1 2 3 4 D触发器 QS1 Q S0，这样做到触发器“0”态194右移。 74194与D触发器的RD端连接置零信号，作启动作用。SL做接地处理，以便在左行移QA 0 1 0 0 0 QB 0 0 1 0 1 QC 0 0 0 1 0 Q (D触发器输出) 0 0 0 1 1 SR 1 0 0 任意 任意 D 0 0 1 1 0 位时给低位补零。 考虑无关项的情况下，利用卡诺图化简可得如下结果： SR=QAQB=QA+QB D=QBQ+QC 2、减数器电路及原理 另外用到的芯片是74LS194，此芯片具有计数功能，而在交通灯中是利用它的减数功能，单片的194是十进制，若要达到十进制以上的要求，则需将两块芯片组合在一起运用。将两片组合在一起能实现一百进制的计数。 74190为可预置的十进制同步加/减计数器，当置入控制端LD为低电平，不管信号CP的状态如何，输出端QAQD即可预置成与输入端AD相一致的状态。 引出端符号： QAQD 并行数据输出端 CTEN 使能端 AD 数据输入端 LD 置数端 CLK 信号输入端 RCO 进位信号输出端 图二、减数器 电路中的左边这片是高位，右边是低位，将低位的RCO输出的信号送到高位的CLK端，用来给高位信号，来完成高位的自动减数，同时将高位的数据输出端QD用个逻辑非门送回到高、低位的LD置数端以达到自动减数的作用。 此电路可做到控制输入不同进制，完成的是对十位的不同控制，从而达到所需的不同计时要求，达到的是整十进制的转换，通过开关来完成不同进制的转换，可在十到七十的不同控制。例如，在D关闭下完成的十进制，在S关闭下完成的是二十进制，S和D同时关闭时完成的是三十进制，在A关闭下是完成四十进制，等进制的控制，达到A、S和D同时关闭的状态下达到最高七十进制的转换。 3、 红绿灯的控制结构电路及原理 交通灯控制电路主要由以下几部分构成，绿灯、红灯和黄灯计时及预初值电路、红绿灯交替往复电路等构成。最终组合的电路要求控制的是十字路口上的红绿灯，两片74190组合的减数器对一个路口的交通灯中的绿灯进行计数，另一组减数器对红灯进行计数，单独一片74190对黄灯计数，另外路口的交通灯接在这路口上，将红灯接绿灯，绿灯接红灯，黄灯接黄灯。 当出现紧急情况一类问题是，我们需要能手动来控制交通灯的亮/熄，未达到此要求在电路中设计有一手动开关K，需要将交通灯设置在什么颜色上的位置，只需手动控制开关就能完成。此手动开关由字母K控制，当K开启之后，减数器从往复循环的灯状态得到的信号被截断，交通灯就处于此位置一直不变，到K闭合之后往复循环中的灯的状态信号才能给到减数器中，从而减数器又开始工作。 在电路中还使用了电平开关，起到的作用是将信号灯亮/熄状态的返回到减数器的，以控制190的工作，当灯亮时电平开关两端有电压，开关闭合，线路处于导通，减数器接收到信号，开始工作，当灯熄灭时，电平开关两端没电压，开关开启，线路截止，减数器没有信号输入，停止工作，减数器处于开始预置数上，到下一个灯亮起之后减数器做相同的状态变换。 状态控制器是系统的核心部分，在红绿灯的控制结构电路图中，从74194的红灯接到电平开关在接回74190的LOAD端,即将红灯的信号传给190以控制其工作，将信号送回到190驱动它工作；将高位和低位的RCO出来的信号送到194的CLK端来推动194及D触发器的工作，如此循环下去，通过开关来控制进制的转换；对于这路口的红灯用同样的方法接在另外一组减数器上。对黄灯只需一片190就能完成它的进制要求，接法和两片类似。状态控制器决定交通灯处于哪一个运行状态。从而使相应的交通灯点亮，并决定下一个状态的预置电路该预置的绿灯和黄灯的预置值。状态控制电路是由寄存器74LS194来实现的。首先进行置数。将1送给高位的Q，使绿灯1(亮)、黄灯0、绿灯0,在当前状态计时结束后，计数器置入下一个状态计数值并开始计数，如此循环往复。红灯1、黄灯0、绿灯0，红灯0、黄灯1、绿灯0，红灯0、黄灯0、绿灯1，两路口连接在一起的红灯和绿灯显示时间同步，其他单元在状态控制电路的状态控制下有序的完成计时和计数转换。 假定当前状态如红灯亮时，结果分析如下：将红灯的输入端接到计数器，对红灯的亮灯时间进行计数，然后显示输出。红灯熄灭时，数码管LED灭；红灯亮时，计时器开始倒计时，计时器可以通过开关进行不同进制的转换，此时，另一路口的绿灯和现在的这红灯同步。当计时递减到0时，状态控制器进入下一个状态，控制黄灯亮起；黄灯熄灭之后到绿灯亮起，和刚才的红灯一样的效果，但是进制可以调整成不一样；当红灯亮时，计数器、显示器执行上述的功能，如此周而复始，完成交通灯的显示过程。 五、设计中出现的问题 在设计过程中出现的了较多的问题，但是在慢慢的查阅资料及和同学一起讨论之后把各个问题顺利解决。例如设计过程中，在开始之前没好好看书及去查资料，导致思路不清晰，以及74190芯片的功能不少很清楚，导致不能顺利将减数器接通。知道用那个型号的芯片之后得了解器具体功能才能开始连接电路，不同的芯片可以用来实现不同的功能，因此要在了解各芯片的具体功能之后才开始实施设计要求。 在设计交通灯的减数器时，将计数器74LS190的低位的RCO没接到高位的CLK，结果导致高位的数码管不显示，经过检查之后，解决了这一问题。接下来是减数器不能自动计数，检查后结果发现是没将高位的输出信号返回给190的LOAD，将其用逻辑非门接回给芯片后，减数器就顺利工作。对于进制的转换接触的电路没问题。 在将往复循环电路与减计数构建在一起时出现的问题较多，开 始是交通灯无法顺利进行往复，发现原因是190输出的信号到194之间的线路出问题，逻辑门使用的不合理导致结果出错，这是没能详细计算出现的错误，经过进一步的查看及计算，最后顺利完成设计。 六、心得体会 开始拿到设计题目，感到很难入手，花了较长时间来理清楚思路。接下来的具体电路设计才是难点所在，所需用到的芯片其功能得去查阅，才能将的电路图接好。通过此次的设计，我发现遇到问题不能死钻，应该和老师同学主动交流，将问题解决的方法不是只有自己弄出来的才算是自己的，和他人共同将问题解决而自己把原理弄清楚，也是学习的进步；不放弃，也应该是我们要做的，在最困难的时候更应该坚持下去，想办法将问题顺利解决才是我们应该去做的。将开头做的好点的话，后面的工作要稍微轻松一点，最终的结果也才会是一个不错的结果。 做完设计之后发现学了一个学期的课程，在这次课程设计时，暴露出了很多自己不懂得知识，自己掌握的知识那么有限，在实际运用中更加无法将知识合理运用进去。平时我们都只是学习原理知识，对实践进行的很少。加上许多知识学了就忘，很难将知识连成一线加以利用。所以，实践是对我们帮助和提高的最佳方式，虽然实践时出现的问题让人郁闷，但这是提高的前提，需要通过实践来历练我们，检测我们的知识。实践环节对各方面都有提高，拓展我们多方面的思维。