【电子技术实验设计】简易交通灯控制逻辑电路设计报告

设计一个简易交通灯控制逻辑电路，要求： 1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s。 2、东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。 3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间10s。 4、如果发生紧急事件，可以动手控制四个方向红灯全亮。

1、进一步熟悉和掌握数字电子电路的设计方法和步骤 2、进一步将理论和实践相结合 3、熟悉和掌握仿真软件的应用

任务要求实际上就是4个状态，不妨设： S1：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s； S2：东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s； S3：南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s； S4：如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。 【表1】主电路状态与指示灯状态转换

主电路要实现S1→S2→S3状态的循环转换，而且可以在任何一个状态进入S4，并能恢复正常工作状态。S1=15s；S2=5s；S3=10s。

①、S1-S3使用2个SR锁存器，设置00，01，10三个状态。 ②、S4使用触发器，当出现紧急情况，触发器由“0”进入S4状态“1”后，在解除紧急时，恢复“0”，进入S1状态。 ③、使用4个JK触发器，实现16位计数。

①、S1-S3使用2个7473替代的T触发器。JK触发器包含SR触发器和T触发器的功能，J=K=T，则得到T触发器。 ②、S4使用或门、非门实现，从【表1】可知： G1=S3+S4 R2=S1·~S4 Y=S2·~S4 R1=S3+S4 G2=S3·~S4 ③、使用74192同步可逆10进制计数器（8421码）2个

综合考虑，为使电路简化、运行稳定，选用方案二。

①秒脉冲可以由函数信号发生器产生，也可以由555定时器组成多谐振荡器产生。

②本实验采用555定时器组成的多谐振荡器，采用如图所示的接法，引入了二极管D1和D2，电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经R1，放电电流只流经R2，因此电容的充电时间变为T1=R1Cln2，放电时间变为T2=R2Cln2，故得脉冲的占空比为q=R1/(R1+R2)，若取R1=R2，则q=50%，相应的周期变为T=（R1+R2）Cln2，取C=100uF。为了使输出波形稳定，取R1=R2=5.6K。

计时系统包括由74192构成的计数器和数字译码显示器等，电路图 如图

状态控制器是交通灯控制电路的核心，能够控制交通灯工作状态的转换。本设计需要循环的状态一共是三个，分别是S1、S2、S3，采用74LS73，JK触发器。

用JK触发器构成T触发器： 则有：

状态转换图：

74LS73功能表如下：

判断系统由74S153数据选择器构成，电路原理图如下：

数据选择器输出的逻辑式为：

由图可知：

74S153功能表如下：

状态翻译电路由74LS138（3-8线译码器）实现，电路图如下： A=Q0(74LS73) B=Q1(74LS73) C接紧急开关 74LS138功能表如下： 74LS138功能表如下：

由于74LS138输出的是而不是，另外需要实现正的逻辑，所以增加G6～G1来调整线路。电路图如下：

紧急开关电路图如下：

当紧急开关接地电平时，74192计数器正常工作，74LS138译码器工作输出为Y0、Y1、Y3，交通灯正常工作；当紧急开关接高电平时，74192计数器停止工作，74LS138输出不为Y0、Y1、Y3中的任意一个，所以黄、绿交通灯均不能工作，而红交通灯直接接了紧急开关，所以红交通灯全部亮起。

信号灯系统的电路图如下：

仿真电路如下：

①调试秒脉冲 将秒脉冲输出接示波器，观察输出波形，当两个电阻阻值为5.6K时，波形最稳定。

②调试运行时，仿真软件时间太长，难以看出结果，可以点击菜单栏中Simulate/Interractive transient analysis，在弹出对话框中的Instrument Analysis区进行更改，将Maximum time step(TMAX)中的时间调整到0.001~0.005之间比较合适。

③计数器测试时，首先是将个位数的QA、QC引出到74S153中，但运行时在个为显示器到刚到达4计数器便立即清零只能显示13,猜想原因可能是由于元件的延时造成的，所以改为将个位数的QB、QC引出到74S153，再运行结果稍稍有所改善可以短暂显示4。

④紧急开关最初的设计没有连接计数器的清零端，计数器的清零端是接地的，但在紧急开关开启时，计数器仍然在计数所以改为将紧急开关连接计数器的清零端，正常工作时，清零端输入低电平，当紧急开关开启时，清零端输入高电平，计数器工作在清零状态。

⑤元件调整：双击原件即可调整原件参数。如果在运行状态，这个操作会导致总电源的关闭。

⑥接线问题：当且仅当元件、结点不移动的情况下，连线不移动，新接连线会自动调整，可用鼠标移动到线上拖动，若线上出现小方框，说明线太密，不能移动。连线不能倾斜，全部横向或竖向。当第三点需要连接在线上是，可以从端点拖动到线上。EWB不允许出现悬空线，也不允许从导线开始延伸到端点。

⑦器件、结点圈选以后可以整体移动。圈内的器件、结点相对位置不会移动，导线两端均在圈内则不移动，导线两端在圈外亦不移动。导线一端在圈内，一端在圈外则会自动调整。

仿真截图如下：

S1状态，东西方向绿灯亮南北方向红灯亮，时间为15秒；

S2状态，东南西北四个方向黄灯亮，时间为5秒；

S3状态，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，时间为10秒；

S4状态，紧急状态，东南西北四个方向红灯全亮，计数器清零不显示。

经过两周的努力终于完成了关于交通灯控制电路的电子课程设计， 通过不断的查资料让我积累了许多实际操作经验， 已初步掌握了数电的应用技术。巩固了数电课程知识，加深对基本器件、FF、时序电路、逻辑电路的理解。 我深刻体会到数字电子技术对当今现代社会的重要作用。经过这次设计，我学会了严密的思考，构想及怎样把计划付诸于实际行动中。 同时与社会的不断高速发展的步伐相比 我认识到自己所学的知识和技能还远远不足 有些实际问题还不能解决，很多更好的设想也无法实现，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解决实际问题的能力，缺乏高效利用及筛选大量资料的能力，有待在今后的学习实践中进一步提高。经过这次课程设计，我更加认识到要学好自己的专业知识以适应不断发展的社会。

[1]阎石.数字电子技术基础第四版[M].北京：高等教育出版社 [2]罗中华.数字电路与逻辑设计课程[M].北京：电子工业出版社 [3]梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：华中理工大学出版社 [4]郭海文.电气试验技术[M].北京：中国矿业大学出版社 [5]74LS73说明书 [6]74LS138说明书 [7]74LS153说明书 [8]74LS192说明书