数电课设之十字路口交通灯

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我是靠谱客的博主开朗鼠标，最近开发中收集的这篇文章主要介绍数电课设之十字路口交通灯，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

做完一个模电小实验，终于有时间写之前做过的数电课设----十字路口交通灯。一开始我使用Multisim做仿真，因为Multisim有bug，所以我改用proteus做。
下面是课设的具体要求：
任务：十字路口交通灯控制器（A题）
基本设计要求：仿真实现，设计一个红绿灯控制器控制器设计应具有以下功能
（1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。
（2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。
（3）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。
(4 )东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。
要求有时间（顺数、逆数皆可）,一个方向的两个数码管分别显示红绿黄灯的时间。时间自定(按学号：红灯时间（学号），黄灯时间（≥5），有大道和小道之分。
我的方案：
一、设计框图及整机概述
1.1设计框图

图1.1A 红绿灯闪烁流程图

图1.1B 十字路口交通灯控制器设计框图

二、整机概述
十字路口交通灯控制器，有两组红绿灯，东西、南北方向各一组，每组红绿黄灯各一个；有两组数码管，东西、南北方向各一组，每组两个数码管，用于显示红绿黄灯的时间；有大道和小道之分，东西方向为大道，南北方向为小道。工作模式如下：
（1）东西方向绿灯亮，40秒倒计时，南北方向红灯亮，45秒倒计时秒。
（2）东西方向黄灯亮，5秒倒计时，南北方向红灯亮，剩5秒。
（3）东西方向红灯亮，25秒倒计时，南北方向绿灯亮，20秒倒计时。
（4）东西方向红灯亮，剩5秒，南北方向黄灯亮，5秒倒计时。

2.1时钟信号
直接接proteus里的脉冲即可
2.2计数器
单元电路图：

图2.2A 计数器仿真图
由4片74LS190组成，分为两组，每组的两片74LS190分别为各位、十位。74LS190是十进制同步计数器，预置数是异步。
原理说明：

图2.2B 74LS190引脚图

图2.2C 74LS190引脚说明图
在这里插入图片描述
表2.2A 74LS190功能表
每组计数器的低位74LS190的CLK接时钟信号，低位的借位输出端CO（RCO）接到高位74LS190的时钟CLK口；使能端CTEN’都接地，计数方式控制端U/D都接到VCC。计数器的置数输入来自两片74LS153，输出接到74LS48数码管译码器上。只有两片74LS190的CO（RCO）都为0时，计数器才是置数状态，其余情况都处于减计数状态。两片74LS190的借位输出端接到或门，或门输出再接到两个置数端LOAD’。

2.3状态控制器
单元电路图：

图2.3 状态控制器仿真图

设计过程：
状态控制器是用一片74LS190和一个与非门组成的3进制计数器

原理说明：
由表3.2.2A可知，74LS190要处于正计数状态，则CTEN’和U/D接地，要组成3进制计数器，把Q1、Q2接到与非门，与非门输出再接到LOAD’即可。CLK来自计数器或门的输出端，每当计数器递减到0，状态控制器就加1。

2.4数据选择器
单元电路图：
在这里插入图片描述
图2.4A 东西方向数据选择器仿真图

图2.4B 南北方向数据选择器仿真图

设计过程：
数据选择器用4片双四选一数据选择器74LS153组成。数据选择器根据地址输入端BA的不同值，选择输出与AB对应的输入数据。分大小道，东西方向为大道，南北方向为小道。东西绿灯时间+东西黄灯时间=南北红灯时间；东西红灯时间=南北绿灯时间+南北黄灯时间。我的学号是46，所以我设计东西的绿灯时间为40秒，黄灯时间为5秒南北的红灯时间为45（40+5）秒；东西的红灯时间为25（20+5）秒，南北的绿灯时间为20秒，黄灯时间为5秒。

原理说明：
在这里插入图片描述
图2.4C 74LS153引脚图
表 2.4A 74LS153真值表

表2.4B 状态控制器、地址输入、置数值对应表

74LS153的1G、2G为两个独立的使能端；BA为公用的地址输入端；1C0～1C3和2C0～2C3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端；Y1、Y2为两个输出端。当使能端1G（2G）＝0时，多路开关正常工作，根据地址码B、A的状态，将相应的数据C0～C3送到输出端Y。BA由状态控制器的QBQA接入，1G、2G都接地，C0、C1、C2、C3根据要输出的数接地或Vcc，其输出Y2Y1分别接到计数器QDQCQBQA端。控制器状态、数据选择器的BA、计数器置数值对应情况如表3.2.4B。

对东西方向，计数器十位的三次置数依次为4、2、0，所以第一个74LS153的输出端Y1、Y2分别接到十位计数器74LS190的QB、QC，数据输入端2C0、1C2接Vcc，其余数据输入端接GND即可满足要求。计数器的个位的三次置数依次为0、5、5，所以第二个74LS153的输出端Y1、Y2分别接到个位计数器74LS190的QA、QC，数据输入端1C1 2C1，1C3 2C3 接Vcc，其余数据输入端接GND即可满足要求。南北方向，以此类推。

2．5数码管
单元电路图：
在这里插入图片描述
图 2.5A 数码管与计数器连接图

设计过程：
如图3.2.5A 数码管的QAQBQCQD分别与74LS190的QAQBQCQD接上即可。

2.6红绿灯
单元电路图：
在这里插入图片描述
图2.6A 东西方向红绿灯

图2.6B 南北方向红绿灯

表2.6A 状态控制器QBQA与红绿灯对应状态

设计过程：
东西方向，状态控制器QA接到绿灯，QB接到黄灯，QBQA接到或非门，再接到红灯；南北方向状态控制器QA接到红灯，QB接到绿灯，QBQA接到或非门，再接到黄灯。

原理说明：
东西方向，接通电源后，计数器先是00，第一次置数后QBQA变为为01，此时应是绿灯亮，所以把QA接到绿灯；第二次置数后QBQA变为为10，此时应是黄灯亮，所以把QB接到黄灯灯；第三次置数后QBQA变为为00，此时应是红灯亮，所以把QBQA接到或非门，再接到红灯，计数器变为00后，状态控制器回到第一次置数，以此规律循环，南北方向以此类推。

三、结果分析
计数器随时钟信号递减，计数器每次递减到00，状态控制器加1，状态控制器输出接到数据选择器地址输入端，从而改变数据选择器的输出即计数器的输入，使计数器的置数改变，计数器又随时钟信号递减，从而实现循环置数。在计数器上接数码管，显示计数状态。状态控制器把状态信息传到红绿灯，从而控制红绿灯显示状态。
电路上电后，东西方向，状态控制器的QBQA为00，74LS153输出对应的值，计数器被置数为40，状态控制器的QBQA变为01，置数后，每有一个时钟信号到来，计数器减1。当计数器递减到00后，计数器被置数为05，状态控制器变为10，计数器一直递减。计数器再次递减到00，计数器再一次置数为25，置数后，QBQA变为00。计数器递减到00后，置数进入下一个一样的循环。南北方向，以此类推。
按理说，对东西方向，状态控制器为QBQA为00的时，数码管的第一个置数应该为40，置数应该按40->05->25顺序循环，但我运行后数码管的第一置数却是05，且按05->25->40循环，所有的置数值都比理论的置数值往后移了一个状态，南北方向也出现了一样的问题，再次确认自己连接的电路没有问题，我猜测是Multisim有bug。于是，我决定用proteus按照自己用Multisim设计的原理图再连接一次电路，结果发现能正向运行，置数值与理论值对上了，我成功了，很有成就感。

proteus总仿真图：
在这里插入图片描述
元器件清单：

需要仿真文件的小伙伴，等我上传了再评论区发链接你们哦！