交通灯课程设计报告6(2)

图3.1秒脉冲信号发生器

方案二：

用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器,如图3.2。

先用石英晶体振荡器和若干电阻电容组成频率为32768Hz的信号发生器，再用十四位二进制计数器CD4060 14进行14分频使其成为2Hz的信号，最后用D触发器进行2分频，使其成为频率为1Hz的秒脉冲信号。

图3.2 石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器

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方案选择：

本设计中由于用秒脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度会影响计数器的精度，进而影响控制系统的精度，因此要求秒脉冲信号具有比较高的精度，为提高精度可先做一个频率比较高的矩形波振荡器，然后将其输出信号分频，就可以得到频率较低而精度比较高的脉冲信号发生器。用石英晶体构成秒脉冲信号发生器不需要外加输入信号，而且其脉冲频率很稳定，起振快、时基精度高，它的工作频率仅决定于石英晶体的振荡频率，而与电路中的R、C的数值无关。

综上考虑，在实际应用中秒脉冲信号发生器的设计选用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器。但由于本次设计是基于multisim10.1软件的，而multisim10.1上不支持石英晶体振荡器，所以在仿真过程中可以使用555定时器构成的秒脉冲触发器代替。在仿真精度不高的前提下，也可以使用RC多谐振荡器构成的电路来提供秒脉冲。

2.2、定时器的设计： 方案一：

用74LS193直接构成减计数器，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号ST的作用下，计数器以减计数向控制器提供M5、M25、M45的信号，即TY、TS、TL的时间信号。 方案二：

定时器由与系统秒脉冲同步的计数器74161构成，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号ST作用下，计数器从零开始计数，并向控制器提供M5、M25、M45信号，即TY、TS、TL的时间信号。 方案选择：

74LS193是双时钟同步二进制可逆计数器，用它进行减计数与数字显示倒计时相符合。然而必须在输入端输入数字，因此向控制器提供M5、M25、M45的信号需要5片74LS193。而用74161可以级联，只需要2

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片即可向控制器提供M5、M25、M45的信号，倒计数可在数字显示电路中实现。用74161节省材料，节约成本，而且由于经常应用，因而使用起来较方便。因而选择方案（Ⅱ）。

当系统处于S0状态为满足支干道绿灯亮够45秒，要将M45的输出端反馈到使能端EP、ET，使它记到44时停止计数，然后转换到S1状态。而且要求计数器在状态转换信号ST的作用下，首先清零，然后开始计数，电路如图4所示。

LDA74LS161(1)QAQBQCQDRCOCP145秒定时信号TL BCDEPETCR&1DQCP&LD74LS161(2)11DQ25秒定时信号TS1CP11STAQAQBQCQDRCOCP1BCDEPETCR&1DQ5秒定时信号TYCP秒脉冲信号图4 定时器电路图

2.3.控制器的设计：

列出状态转换表，如图所示。选用两个触发器作为时序寄存器产生四种状态，控制器的转换条件为TL、TY及TS，当控制器处于Q1nQ0n = 00 状

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态时，如果TL=0，则控制器保持在00状态；如果TL=1，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1=01状态。这两种情况与条件TY和TS无关，所以无关项用“×”表示。其余情况依次类推，同时列出状态转换信号ST。

表2逻辑赋值后的状态表

Q1n 0 0 0 0 0 1 1 1 1

Q2n 0 0 0 1 1 0 0 1 1 TL × 0 1 × × × × × × TS × × × × × 0 1 × × TY × × × 0 1 × × 0 1 Q1n+1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 Q2n+1 0 0 1 1 0 0 1 1 0

说明 维持S0， 由S0 S1 维持S1 由S1 S2 维持S2 由S2 S3 维持S3 由S3 S0

表 2 控制器的状态转换表 输入 现态 状态转换条件 次态 输出 状态转换信号 Q1nQ0n 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 TL TY TS 0 × × 1 × × × 0 × × 1 × × × 0 × × 1 × 0 × × 1 × Q1n+1 Q0n+1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 ST 0 1 0 1 0 1 0 1 根据表2，写出状态方程和状态转换信号方程为：

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Q1n+1 =Q1nQ0nTY + Q1nQ0n + Q1nQ0n TY

Q0n+1 = Q1n Q0nTL + Q1nQ0n + Q1nQ0nTS

ST= Q1nQ0nTL + Q1nQ0nTY + Q1nQ0nTY + Q1nQ0nTS

用四选一数据选择器和D触发器实现，设A1A0 = Q1nQ0n ，其他变量通过数据输入端输入。

数据选择器用74LS153，触发器用74LS74。设计中将触发器的输出看作逻辑变量，将TL、 TS、TY看作输入信号，按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现以上三个逻辑函数，并将触发器的现态值加到数据选择器的选择变量端，数据选择器的输入端信号可以根据状态方程和转换信号方程得出。就可得到控制器的原理图，触发器的时钟输入端输入秒脉冲。

系统的输出是在Q1Q0驱动下的六个发光二极管，各状态与信号

灯的关系由表2给出，因此，得到二极管信号与控制器状态变量的关系为：

主干道：

MG= Q1Q0

MY= Q1Q0 MR= Q1

NR= Q1支干道：NG= Q1Q0

电路如图5所示。

NY= Q1Q0

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