《数 字 逻 辑》
课程设计
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交通信号灯控制器的设计
一、设计要求：
1、设计一个十字路口的交通灯信号灯控制器，要求东西方向车道和南北方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为45秒，时间可设置修改。 2、在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。
3、黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。
4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）。
5、同步设置人行横道红、绿灯指示。
二、 设计原理与参考电路：
1、分析系统的逻辑功能，画出其框图 交通灯控制系统的原理如下：
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东西方向 车道信号 秒脉冲 发生器 倒计时 T5 计时器 T0 信号灯 转换器 灯 南北方向 车道信号 灯 2、 信号转换：
状态1：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：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：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：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；
南北方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行。 3、 方案：
选用JK触发器，设状态编码为：S0=00，S1=01，S2=11，
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S3=10，其输出为Q1Q0，则其状态表为：
表1 状态编码与信号灯关系表
现态 Q1 0 0 1 1
n次态 n输出 n+1Q0 0 1 1 0 Q1 0 1 1 0 n+1Q0 1 1 0 0 Ga 1 0 0 0 Ya 0 1 0 0 Ra 0 0 1 1 Gb 0 0 1 0 Yb 0 0 0 1 Rb 1 1 0 0 4、倒计时计数器：
十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。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“５”和“０”，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。在倒计时过程中计数器还向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0。 作G=0时的卡诺图：
BC 00 01 11 10 A x 1 1 1 0 1 1 0 0 1
倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器
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驱动并显示计数器的输出值。
计数器选用集成电路74190进行设计。74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。
CTEN 0 0 0 1 D/U 表2 74190的状态表 CLK LOAD A B C D x POS POS QA QB QC QD A B C D Count Down Count Up Qa0 Qb0 Qc0 Qd0 x 1 0 x 0 1 1 x X X X X X X X X X X X X X X X X x
现选用两个74190芯片级联成一个从可任意设定时间00~99倒计至00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9， 0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。具体连接方法如图一：
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图1
信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来，决定倒计时是置数，还是计数。工作开始时，LD为0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。
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图2
预置数（即车的通行时间）功能：如图2所示，８个开关分别接十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。预置数的范围为6～98。假如把通行时间设为25秒，就像图1的接法，H接0，J接0，K接1，L接0，8接0，4接1，2接0，1接1。（接电源相当于接1，接地相当于接０）
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图3
向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0： T0表示倒计时减到数“00”（也即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置数），T0=1，此时T0给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把两个74190计数器的8个输出端用一个集成的八输入一输出或门连起来。 T5表示倒计时减到数“05”时。T5=1，此时T5给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯的不变。接法为：当减到数为“05”（0000 0101）时，把
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十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、QD用一个或非门连起来，再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与非门连接起来。具体连接方法如图3所示。
5．要求黄灯每秒闪一次，用一个频率为1的脉冲一端与控制黄灯的输出信号的JK触发器连接起来，另一端再接到黄灯。
6．整个交通灯控制系统的布局黄灯闪烁控制 如图4所示：
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图4
三、 仿真过程与效果分析：
1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器，28个交通灯。我在这里共接了6个时间显示器，其中4个用于交通倒计时，另外2个用于显示当前置数
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图6模拟输出界面
2、点击启动按钮,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，打开开关后，东西方向绿灯亮，“东来西往”的行人车辆都可自由通行；南北方向车道的红灯亮，南来北往的行人车辆皆禁止通行。时间显示器从预置的25秒，以每秒减1，减到数5时，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。减到数1时，1秒后显示器又转换成预置的
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25秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红灯。如此循环下去。
3、修改通车时间为其它的值再进行仿真（时间范围为6~98秒），效果和上面差不多，东西方向车道的绿灯亮，时间倒计数5，车灯进行一次转换，到0秒时又进行转换，而且时间重置为预置的数值，如此循环。
四、主要器件： 两片941920 五、参考资料：
1、余孟尝，《数字电子技术基础简明教程》 2、毕满清，《电子技术实验与课程设计》
六、总结体会：
开始拿到题目的时候,还不知道怎么去做,因为自己对这门课的一般设计都不是很会.对很多的芯片的功能都不是很清楚.还有仿真软件,以前才来没有接触过,只是现在需要的时候才开始用它,它的功能,按键都不清楚. 通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的,虽
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然花了很多的时间,但学到了很多东西.做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍,增强了自己对知识的理解,很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了.在课程设计的过程中,我想了很多种方案,对同一个问题(像计数器的接法)都想了很多种不同的接法,运用不同的芯片进行了比较,最后还是采取了上面的方法进行连接.在连线过程中,经常会遇到一些问题,比如接错线,无意中删除了一些线等,使自己感觉到有点点的力不从心.从开始做课程设计那天起,脑中天天都想着同样的问题,怎么去接线,怎么去把电路弄得更加简单,怎么别人更容易看懂.但似乎时间过得真的很快,我用了好几天才把它完全弄完,完成后,心里有一种说不出的高兴.
这次课程设计之后,使我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话,你会花更多的时间才会做好.课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去.同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力.
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