数字电子技术课程设计-交通信号灯控制电路的设计与仿真(编辑修改稿)

数字电子技术课程设计-交通信号灯控制电路的设计与仿真(编辑修改稿)内容摘要：

出电流值应满足整体电路的需要 作为一个实际的应用系统直流稳压电源是必不可少的。 本次课设设计的交通信号灯控制电路需要使用稳定的 5V 直流稳压电源来驱动各芯片使电路其正常工作。 因 此需要设计输出为 5V 的直流稳压电源。 直流稳压电源包括变压器降压、二极管（或整流桥）整流、电容滤波、集成稳压芯片稳压四部分。 直流稳压电源原理图如图 41所示： 10 图 41 直流稳压电源原理图 秒脉冲发生模块 由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。 秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器 555(图 42是 555 定时器的原理图，图43 是 555 定时器的引脚图 )和电阻、电容组成的多谐振荡器。 为了电路 简单和调节振荡周期方便，选择用 555定时器组成多谐振荡器（如图 44 所示）： 图 42 555定时器的原理图 220V 11 GND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2 图 43 555定时器的引脚图 U1GND1DIS7OUT 3RST4VCC8THR6CON5TRI2R1434kΩR2560kΩ2C11 u F40C21 0 n F3001 图 44 用 555定时器组成多谐振荡器 根据周期与频率的计算公式： )2(2ln)2( 2121  CRRCRRT 电源电压 q ，其中电路图中 C3的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响，一般选用1S 12 的瓷片电容。 再次课程设计中要求输出 T=1S，选取电容 C2=1uf， R2=560k 欧姆，根据震荡周期计算，选择电阻 R1=434K 欧姆。 当元件选取完成后，根据电路原理图连接电路即可。 计数模块 由信号灯白天点亮流程图可以得知，任何方向的信号灯的一个工作循环为十二进制（绿、黄、红的时间比例为 5： 1： 6），因此需要设计十二进制计数器，循环工作控制白天信号灯的点亮。 因此，用移位寄存器组成十二进制计数器，拟选用 8位串入并出 移位寄存器 74LS164（其引脚图如图 45所示，功能表如表 41所示）： amp。 QA3QB4QC5QD6A1B2CLK8QE10QF11QG12QH13~CLR9 图 45 74LS164引脚图 表 41 74LS164功能表器 原理表 输入 输出 清零 时钟 串入 13 应用电路：用 74LS164 组成的 12进制扭 环型计数器电路 ，其电路图如下图 46所示： amp。 QA3QB4QC5QD6A1B2CLK8QE10QF11QG12QH13~CLR95kΩ 图 46 12进制扭环型计数器 分频模块 十二进制计数器的时间单位为 4 秒，即它的 CP 脉冲为 4 秒。 为了使整体电路工作步调一致， 4 秒脉冲应该利用秒脉冲经分频获得，这就需要设计一个 4 分频器电路。 秒脉冲经 4 分频后得到 4 秒脉冲，将其作为十二进制计数器的 CP 脉冲。 本次课程设计使用两个 D触发器组成 4分频器电路，如图 47所示： RD CP AB QA QB QC QD QE QF QG QH L L L L L L L L L H L QAO QBO QCO QDO QEO QFO QGO QHO H ↑ HH H QAN QBN QCN QDN QEN QFN QGN H ↑ L L QAN QBN QCN QDN QEN QFN QGN H ↑ L L QAN QBN QCN QDN QEN QFN QGN 14 1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR41D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4 图 47 四分频的电路原理图 74LS74 是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发 d触发器电路模 块。 图 48为其引脚排列和逻辑符号 : 1D21Q 5~1Q 6~1CLR11CLK3~1PR4 图 48 74LS74的引脚图 功能说明 ： 74LS74 内含两个独立的上升沿双 D 触发器，每个触发器有数据输入（ D）、置位输入 DS 复位输入 DR 、时钟输入（ CP）和数据输出。 DS 、 DR 的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。 当 DS 、 DR 均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的 D 数据在 CP 上升沿作用下传送到输出端。 表 42 74LS74功能表 输入 输出 SD RD CP D Qn+1 Qn 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 ↑ 1 1 0 1 1 ↑ 0 0 1 1 1 ↓ Qn Qn 15 控制电路 模块 逻辑控制电路是本设计的核心电路，由它控制交通信号灯按要求方式点亮 (一般经驱动电路去控制信号灯 )。 根据白天信号灯的点亮要求，将时序逻辑电路的输出作为组合逻辑电路的输 入，而组合逻辑电路的输出给信号灯的驱动电路。 夜晚工作方式也需要组合逻辑电路的功能以及秒脉冲通过与门实现。 组合逻辑电路的真值表如表 43所示 ， 逻辑控制原理图如图 49 所示 : 表 43 组合逻辑电路的真值表 根据表 44写出组合逻辑电路输出与输入的表达式，经化简得： NSG= EQ FQ FEEWG  FENSY FEEWY  FNSR Q FQEWR 由上述表达式可以看出，组合逻辑电路用到两个非门，四个两输入与门。 本次课设非门选用 TTL 集成门 74LS04，与门选用 TTL 集成门 74LS08。 在 此基础上，表达式需要修改，以实现课设要求。 白天和夜间综合考虑组合逻辑电路表达式和门电路的修改按设计要求，夜间仅有南北和东西方向的黄灯点亮，而其它灯熄灭。 为此，在夜间应使 74LS164 停止循环工作，可通过开关将 74LS164 的 DR 接地，使 74LS164的所有 Q 端全部清零。 白天 DR 为高电平， 74LS164 循环工作。 由 74LS164 组成的 12 进制扭环形计数器电路中的开关就是白天、夜间控制开关。 在夜间由于 DR =0使所有的 74LS164 的 Q 端清零，因此会出现以下问题： (1) NSG= EQ FQ ，由于夜间 Q 端均为低电平，则 NSG 为高电平，即南北绿灯点计数器输出 南北信号 东西信号 QA QB QC QD QE QF 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 NSG NSY NSR 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1。