十字路口的交通说明书.doc

十字路口交通信号灯控制电路的设计报告
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：
单位时间电
路(555产生cp)
扭环计数器(D触发器构成)

译码电路(7448)
信号灯显示
数码显示

2.各单元电路设计：
a. 六进制扭环计数电路：根据D触发器Qn+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=Q4Q5；Sy=Q4Q5；Sr=Q5；Er=Q5；Eg=Q4Q5；Ey=Q4Q5；
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

(图1)
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Sg
Sy
Sr
Eg
Ey
Er
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1

(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；列真值表如下(注：QDQCQ BQA为74290的输出端；DBCA为7448的输入端)：
QD
QC
Q B
QA

D
B
C
A
0
0
0
0

0
1
0
1
0
0
0
1

0
1
0
0
0
0
1
0

0
0
1
1
0
0
1
1

0
0
0
1
0
1
0
1

0
0
0
0
根据真值表可列出表达式：A=QA，B=QB，C=QCQB，D=QD
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
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