十字路口的交通说明书
十字路口交通信号灯控制电路的设计报告
一.设计要求:
a. 控制南北,东西两个方向车辆轮流通行。 b. 每个方向有红,黄,绿三色信号灯。
c. 每个方向每次允许通过五个单位时间,即绿灯亮五个单位时间;从允许通过到禁止通行的过渡时间为1,即黄灯亮1个单位时间; 当某个方向的红灯亮时,另一个方向的绿灯亮。 d. 电路具有自启动能力。
e. 每个路口显示等待时间。 二.设计方案: 1.整体方案设计:
按照设计要求,可把设计工作分成二个步骤来实施:第一是实现三色交
通信号灯的控制,即使得信号灯能按要求的时间间隔轮流点亮。第二是实现倒计时功能,即配合信号灯的数码显示功能。所以只要分别把这两个电路设计出来,然后接上相同的单位时间脉冲就可以了。
所用元器件:5V 电源一个,74LS290芯片一片,7448芯片一片,7段
数码显示管一个,D 触发器六个,555定时器一个,电容一个,电阻二个,非门,与非门,与门若干。
要实现控制信号灯的要求,我们可以用几个D 触发器组成一个扭环计
数器, 然后通过具体分析信号灯的状态,列出其真值表,得出其表达式后,只要通过一些转换关系,把信号灯接到适当的端口即可;而数码显示功能则可通过一个74290计数器与一个7448译码器和一个数码管的适当端口相连实现。而单位时间脉冲又可以用555计时器来实现。可画出如下的总体设计方案图:
2. 各单元电路设计:
a.
六进制扭环计数电路:根据D 触发器Q n+1=D的特征,可设计出如图1所示的六进制扭环电路;为了连接信号灯,则须按照设计要求列出真值表如表1;(注:sg
,sy, sr表示南北方向的绿黄红灯;eg, ey, er
表示东西方向的绿黄红灯
) ;根据真值表可计算出每只信号灯的
表达式:Sg=Q4Q 5;Sy=Q4Q 5;Sr=Q5;Er=Q5;Eg=Q4Q 5;Ey=Q4Q 5;依照表达式,经过适当的与非变化则可接出相应的信号灯,(连接方法见总设计图) 在些不再赘述。
b. 74290六进制计数器与7448译码器的连接:首先要在290芯片上 实现六进制计数,即要在计数器输出6时收到一个置零的信号,通
过290的功能表可知其置零只要在R01,R02端同时输入1,且
(表1)
R91,R92端同时输入零则可,于是可得出290的连接方法如下:
其次,是通过290的4,5,8,9这几个输出端与7448译码器的输入端相连实现倒数功能,即输入1,2,3,4,5,输出5,4,3,2,1;列真值表
) :
A B C B D 按照表达式可很容易连接出电路,具体接法见总设计图。
然后,根据下图可连接7448与数码管,A ,B ,C ,D 为输入端,与74290连接,至此,此设计的主体部分已设计连接完毕。
c.555计时器的连接方法:
555计时器组成的单位时间脉冲发生器如图所示,电阻75千欧接到8和7号端口之间,4号端口接高电平,R2置0,6号端口接到2号端口。电容C1,接到2和1号端口之间,5号端口悬空。电容电阻的大小看实验室条件可以自由选取,将R2置0,由频率计算公式f=1.43/((R1+2*R2)*c)得频率f ,在此选频率为1,这样比较容易观察,其中图中端口3为脉冲输出。
三.对设计方案和实验结果的讨论:
经过实验可知,我的设计方案完全符合老师的设计要求,但这当然不是唯一的方案,也不是最好最简的方案,通过思考还可以设计出其它的方案,比如信号灯可以接到290芯片上,或者扭环计数器也要以通过RS 触发器来实现,还有其它很多的可以实现二进制的电路可以应用,在显示数字的时候要求将正数的数字变成倒数的数字,可以设计用一片74290和一片7448来实现,74138将从74290出来的4位二进制的数字(有效的是QA ,QB ,QC 三位)译码成0~7这8个输出端口,再用74148芯片将这8个端口编码成倒数的5~0的数字显示出 四.收获与体会:,
通过完成这个实验,本人初步认识到了实际中的逻辑设计方法和过程,知道了设计一个方案首先要根据设计要求作整体的电路分析,然后再从单元电路设计入手,把各个单元电路设计完成,再最后完成一个总的设计总图,接着是在电脑上进行仿真模拟,模拟成功后再进行实际中的安装调试。我从中学到了许多的思想与方法,其中最重要的有二点:一是理论要和实践相结合。这个实验从数字电路的技术本身来看并不复杂,我在电脑上进行仿真模拟通过后以为到实验室很快就可以接好,结果实际操作才知道实验室中的芯片接口有的和书上的并不尽相同,而且在接的过程中也遇到了很多小问题,比如电路接触不好,或者有的元件是环的,这就需要我们有实际分析的能力,而这种能力只能通过实际操作才能提高的,单在书本上是不能完全学到的。这说明了理论与实际的不同,也让我们积累了经验,一切必须从实际出发。二是答案是丰富多彩的,通过设计可以知道这个方案可以有很多种,而且还有许多更优的方案,所以我们今后在设计中要努力寻求最好的设计方案,不要一味求直观,而要从实际应用的角度去看问题,找出最实际可行的方法。以上是我在这次设计中的一点体会。
信息学院00测控一班左国卿
2003-1-3