电子技术课程设计交通灯控制器Word文档格式.docx
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当然我们每个人都不希望这样。
我们作为社会的一员，每人都有责任为它的更加先进和快捷做出力所能及的事情。
我们设计了这个交通灯信号控制系统通过本课程设计，使我们加强对电子技术课程内容的理解和掌握，学会使用数字电子技术设计和制做自动控制装置的方法，掌握电子电路的基本分析方法和设计方法，进一步提高分析解决实际问题的综合能力，也为将来的就业或继续深造做好准备。
一．设计任务与要求
1．设计任务与要求
设计一个十字路口的交通信号灯控制器，控制A、B两条交叉道上的车辆通行，具体要求如下：
（1）
每条道路设一组信号灯控制器，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组
成，绿灯表示允许通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆停止通行。
（2）
每条道路上每次通行的时间为25s。
（3）
每次变换通行车道之前，要求黄灯先亮5s，才能变换通行车道。
2.设计目的
（1）了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。
（2）进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。
（3）提高综合运用所学的理论知识。
独立分析和解决问题的能力。
（4）进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。
（5）初步掌握对电子线路安装与调试使用方法。
二．总体框图
有一个A车道和B车道的交叉路口如图1所示。
每边都设置红、绿、黄色信号灯。
红灯亮表示禁止通行；
绿灯亮表示可以通而在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便在停车线以外的车辆停止运行。
当A、B车道都有车时，两边按规定的时间交替通行。
分析系统的逻辑功能，画出其框图：
交通灯控制系统的原理框图如图1所示。
它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
图中：
TL:
表示Ａ车道或Ｂ车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。
定时时间到，TL=1，否则，TL=0。
TY：
表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
定时时间到，TY=1，否则，TY=0。
ST：
表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。
由它控制定时器开始下个工作状态的定时。
图１交通灯控制系统的原理框图
1．定时器：
以秒脉冲作为计数器的计数脉冲。
计数器用两块74LS163构成，TY和TY为计数器的输出信号。
ST为状态转换控制信号，每当ST输出一个正脉冲，计数器进行一轮计数。
按设计要求记“秒”脉冲的数目，完成计时任务，向控制器发出相应的定时信号，控制A、B车道通车时间和绿灯变红灯的切换时间。
2．控制器：
控制起有四个状态，因此可由两个触发器构成，本设计中选用两个D触发器产生四个状态。
控制器的输入为触发器的现态以及TL和TY，控制器的输出为触发器的次态和控制器状态转换信号ST。
根据秒脉冲信号发生器和定时器送来的信号，保持或改变电路的状态，以实现对A、B车道车辆运行状态的控制。
3．译码驱动电路：
译码器的作用是将控制器输出Q1，Q0构成的四种状态转换成为A，
B车道上六个信号灯的控制信号。
按照控制器所处的状态进行译码，再驱动相应的信号灯，指挥A、B
车道的行人。
扩展功能：
1、能实现的功能
交通灯的状态转换和倒计时时间的显示，基本能实现东西、南北直行和转弯灯的显示功能。
2、不足之处
（1）我所用的是一个大的计数器来实现交通灯的控制电路的设计，若能使用双进程状态机描述会使程序更加简练，而且状态之间的转化关系更加明朗。
（2）另外，在现实中晚上没有行人，可以不用交通灯控制，只需要黄灯亮着提醒人们前方有路口即可。
那就需要一个始终显示模块，指定的时间内回到初始状态也就是我用的EN=0是的状态。
只是人为控制，若有24小时的计时会使交通灯的控制智能化。
（3）有些城市的交通灯中也有右转灯，这个程序中有很多地方仍然需要改进。
三．选择器件
主要元器件：
74LS163
74LS153
74LS74
74LS04
74LS08
NE555
发光二极管
电阻
电容
（1）。
74LS74
74LS74是双D触发器，
（2）。
74LS163
74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。
74LS163的外引线排列图如图所示，其功能表如表1，2所示。
逻辑符号
表1是74ls163的功能表：
表2是控制器状态转换表：
（3）．74LS153
74LS153是双四选一数据选择器，通过选择不同的地址代码（即A1、A0的状态），即可从四个输入数据中选出所要的一个，并送至输出端Y。
图2
4选1数据选择器内部逻辑图
数据选择器又称多路选择器、多路开关。
它是一个多输入、单输出电路。
数据选择器在地址码（或叫选择控制）电平的控制下，从几个数据输入中选择一个，并将其送到输出端。
常见的数据选择器有2选1、4选1、8选1和16选1等数据选择器。
图2是74LS153集成块中一个4选1数据选择器的逻辑图，真值表为表3
其中C0~C3为数据输入端，Y为输出端，A、B称为地址输入端。
A、B的状态起着从4路输入数据中选择哪1路输出的作用。
为使能端，低电平有效，=0时，数据选择器工作；
=1时，电路被禁止，输出0，输出状态与输入数据无关。
注意A、B地址在集成块中由2个4选1共用，高位为B，低位为A，BA=01时，Y=C1，BA=10时，Y=C2。
测试74LS153的逻辑功能：
按照表５的真值表测试4选1数据选择器，数据输入端C0～C3可接电平开关，也可分别接频率不同的脉冲源。
表３
4选1数据选择器真值表
选择输入
数据输入
选通
输出
BA
C0C1C2C3
Y
XX0000010110101111
XXXX0XXX1XXXX0XXX1XXXX0XXX1XXXX0XXX1
100000000
001010101
注：
Ｘ为任意态
四．功能模块
１．单元电路的设计
（1）控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表4所示。
选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝00状态时，如果TL＝0，则控制器保持在00状态；
如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝01状态。
这两种情况与条件TY无关，所以用无关项"
X"
表示。
其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。
表4控制器状态转换表
根据表4可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：
将Q1n+1、Q0n+1和ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"
1"
用原变量表示，"
0"
用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：
以上三个逻辑函数可用多种方法实现，本设计选用四选一数据选择器74LS153来实现，这种实现方法比较简单。
触发器采用双D触发器74LS74，设计中将触发器的输出看作逻辑变量，将TY、TL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，由此得到控制器的原理图，如图3所示。
选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。
图中R、C构成上电复位电路，保证触发器的初始状态为0，触发器的时钟输入端输入1Hz秒脉冲。
图3控制器电路图
2.Multism2001的仿真结果：
控制器：
2．在模拟、数字实验箱上验证模块设计的正确性
五．总体设计电路图
１．总体电路图
仿真结果如下：
（1）A车道绿灯亮时，B车道红灯亮。
（2）A车道黄灯亮时，B车道红灯亮。
（3）A车道红灯亮时，B车道绿灯亮。
（4）A车道红灯亮时，B车道黄灯亮。
3．在模拟、数字实验箱上验证模块设计的正确
1）．设计、组装译码器电路，其输出接A、B车道上的6只信号灯（实验时用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能。
2）．设计、组装秒脉冲产生电路。
3）．组装、调试定时电路。
当CP信号为1Hz正方波时，画出CP、Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、TL．、TY的波形，并注意它们之间一的时序关系。
4）．组装、调试控制器电路。
5）．完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。
实验结果：
设A、B通道各有红绿黄三只灯，交通灯显示情况：
（1）A车道绿灯，B车道红灯；
（2）A车道红灯，B车道绿灯；
（3）A车道黄灯，B车道红灯；
（4）A车道红灯，B车道黄灯；
（1）→（3）→
（2）→（4）→
（1）。
其中
（1）、
（2）持续25秒，（3）、（4）持续5秒。
六、心得体会
电子技术课程设计是电子技术课程的实践性环节，这次交通信号灯控制器的设计
不仅要综合运用数字电子技术基础的基本理论知识，而且还需要独立进行电路设计的能力，并要求具有较强的动手能力，因此做好这个课题设计将受益非浅。
下面就本次课程设计的收获和体会做几点总结。
这次设计所用到的芯片基本上都是电子技术基础课程中所学过的，因此遇到的困难不是很多。
但如果涉及到未学过芯片，这时就要考察我们收集资料的能力，现在大、中规模的芯片很多，我们不可能把每个芯片的管脚都记住，但是解读芯片功能的方法是一样的，要综合分析它的功能表和输入输出的逻辑关系式，同时还要注意有的芯片的使能端，可以作为扩展端，这是我学习用芯片的一点体会。
这次电路板接线的要求是“横平竖直”，不“飞线”，不“跳线”。
这也是培养我们以后研制电子产品应具备工艺美观的思想。
因此不仅要求我们具有很好动手能力，还要有瞻前顾后的理念，要做到这一点需要对
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