基于数字电子技术的交通灯系统设计Word格式.docx
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它的计时周期为50秒，其中主车道通行时间为30秒，支干道每次通行时间为20秒。
本电路设计的优点是，用了尽量少的芯片实现了课题所要求的功能，既实现了红绿灯的指示，又以倒计时的方法对红绿灯的时间进行了显示。
由于采用了石英晶体振荡器，大大提高了电路的稳定性与精度。
关键词交通灯控制电路proteus仿真电路设计
目录
1设计题目……………………………………………………………………………………1
2设计任务……………………………………………………………………………………1
2.1设计任务及指标…………………………………………………………………………1
2.2设计相关提示……………………………………………………………………………1
3交通灯控制电路系统设计…………………………………………………………………1
3.1方案比较…………………………………………………………………………………1
3.2交通灯电路结构框图……………………………………………………………………1
3.3交通灯电路设计…………………………………………………………………………2
3.3.1脉冲电路………………………………………………………………………………2
3.3.2计数电路………………………………………………………………………………3
3.3.3灯控制电路……………………………………………………………………………3
3.3.4倒计时电路……………………………………………………………………………5
4实验数据、误差分析及结论………………………………………………………………7
5课程设计的收获、体会和建议……………………………………………………………8
致谢
参考文献
附录一交通灯电路原理图
附录二元器件表
附录二交通灯实物图
1设计题目
2设计任务
2.1设计任务及指标
（1）要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒；
（2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）；
（3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；
（4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；
（5）同步设置人行横道红、绿灯指示。
2.2设计相关提示
所设计的交通路口为一十字路口，不涉及左右转弯问题。
3交通灯控制电路系统设计
3.1方案比较
根据倒计时显示方式的不同，我们设计了两套方案作比较：
方案一：
主车道的倒计时按照25秒、5秒、20秒循环显示，分别对应绿灯、黄灯、红灯；
而支车道则按照30秒、20秒、5秒循环显示，分别对应红灯、绿灯、黄灯。
所以主干道与支干道的倒计时是不一样的，需要4个CD4511译码器。
方案二：
根据题目的要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒，支干道每次通行时间为20秒，也就是一个循环是50秒。
如此先显示30秒倒计时（对应绿灯，到了5秒后换黄灯亮）后显示20秒倒计时，然后再显示30秒倒计时，以此类推。
由于主干道的通行时间也就是支干道的禁行时间，所以两组数码管显示的倒计时是一样的，只需2个CD4511译码器即可。
两种方案均符合要求，对比之下方案二的元件要少很多，线路的复杂程度也减小了，对于焊接与调试都降低了难度与风险，所以我们组决定采用方案二进行设计。
3.2交通灯电路结构框图
图1交通灯电路结构框图
3.3交通灯电路设计
3.3.1脉冲电路
图2脉冲电路图
由石英晶体组成的秒脉冲产生电路如图2所示。
它将为整个电路提供脉冲信号。
图中的晶振频率为32768HZ。
CD4060是14级二进制分频器，从它的引脚3出来的是2HZ的方波信号。
因此，还需要通过一个74LS74（D触发器）对此信号进行2分频，最后从5脚输出的即为1HZ的方波脉冲信号。
3.3.2计数电路
由于交通灯电路中主干道通行时间为30秒，支干道通行时间为20秒，所以周期为
50秒，所以需要一个50进制计数器。
如图3所示，计数电路由3片74LS193组成。
从左到右依次为计数电路的地位到高位。
对于74LS193（0），取Q2、Q1、Q0为输出端。
芯片的UP时钟端输入时钟脉冲，芯片从000开始加计数，到101时，Q2、Q0通过与门反馈到清零端，从而芯片马上回到000状态，共有000到100五种状态。
同时，与门给了74LS193
（1）的UP时钟端一个由0到1的脉冲信号，芯片也开始计数，同理，它也有五种状态。
而最右边的74LS193
（2），取Q0为输出端，芯片在Q1为1时瞬间清零，芯片只有两种状态。
综上所述，电路共有2×
5×
5=50种状态，3片74LS193构成了50进制计数器。
图3计数电路图
3.3.3灯控制电路
如图4所示，灯控制电路是由计数电路控制的。
对于主干道，前25秒亮绿灯，接着的5秒亮黄灯，最后20秒亮红灯。
情况如下：
前25秒对应计数部分的前25种状态，在这个过程中计数部分（见图3）的74LS193
（2）的Q0一直为0，经过3个非门连接到绿灯，绿灯的状态为1，所以前25秒绿灯是一直亮着的。
到第26秒时，74LS193
（2）的Q0变为1，绿灯的状态变为0，绿灯灭。
此时计数部分的状态为001000000，74LS193
（1）的Q2、Q1、Q0经或非门输出为1，74LS193
（2）的Q0为1，两者再经过一个与门输出为1。
为了使黄灯亮时能每秒闪一次，在黄灯那里加入一个与门，把黄灯发亮的信号当成是与门的开通信号，与门的另一端接入时间脉冲，那么黄灯就可以实现每秒闪亮一次的功能了。
因此，在前25秒时黄灯的状态一直是0，到了26秒才变为1。
当计数部分状态为001001000时，黄灯熄灭。
从001000000到001001000，电路经历了五个状态，时间为5秒。
由于红灯要在绿灯和黄灯熄灭后才亮，因此在绿灯和黄灯前各引出一条线接入或非门，用这个或非门来控制红灯。
所以，当绿灯和黄灯有一个状态为1时，红灯的状态均
为0；
当绿灯和黄灯状态均为0时，红灯的状态为1，此时红灯亮。
这个过程将持续20秒。
图4灯控制电路图
以上是车道的情况。
对于人行横道，因为车道通行的时候人行横道静止通行，因此从车道的红灯前引出一条线接入非门，用非门控制人行横道的红灯。
对于人行横道的绿灯，则与人行横道的红灯状态相反，用非门即可。
这样，车道红灯亮时人行横道的绿灯亮，红灯灭。
对于支干道，也是用同样的原理设计的，不过灯的亮灭次序与主干道有所不同：
前30秒亮红灯，接着15秒亮绿灯，最后5秒亮黄灯。
3.3.4倒计时电路
图5倒计时电路图
倒计时电路如图5所示。
此部分电路仍由计数电路控制，这样可以保证与灯控制电路的状态保持同步。
由于倒计时要通过数码管显示出来，所以此部分电路用到了CD4511译码器。
74LS193是双时钟4位二进制同步可逆计数器。
74LS193的特点是有两个时钟脉冲（计数脉冲）输入端CPU和CPD，可作加计数，也可以作减计数。
此外，74LS193还具有异步清零和异步预置数的功能。
这里的倒计时用到了74LS193的减计数功能。
图6倒计时电路执行部分
倒计时电路的执行部分如图6所示。
其中左边的74LS193
（1）为高位，右边的74LS193（0）为低位。
对于74LS193（0），运行时从0000开始倒数，然后到1111。
这时，由于四个输出端口连接了一个4输入与非门，输出0到74LS193
（1）的DN时钟端和74LS193（0）的预置端PL，74LS193（0）置入了1001，也就是9，输出也为1001。
此时与非门输出为1，相当于给了74LS193
（1）的DN时钟端一个上升沿脉冲，使其输出的数减1。
因此，1111是一个瞬时状态，74LS193（0）实现了从9到0的倒数功能。
对于74LS193
（1），则电路一开始运行时，计数电路给74LS193
（1）的预置端PL加入一个低电平，则芯片置入0011这个数字，也就是3。
电路从30开始倒计时，当倒数到0时，计数电路又给74LS193
（1）的预置端加入一个低电平，这时芯片置入的是0010，也就是2。
这时电路就从20开始倒计时。
以此循环反复，周期为50秒。
当主干道亮绿灯、支干道亮红灯时，数码管显示30秒倒数；
当主干道亮红灯灯、支干道亮绿灯时，数码管显示20秒倒数。
4实验数据、误差分析及结论
我们所设计的电路在Proteus软件的仿真是成功的，说明电路原理是正确的。
当然，那只是在软件环境中，而在现实环境下，由于电路的错综复杂，很可能会出现接线错误，也有可能电路受到周围环境的干扰而无法正常工作。
一开始我们焊接完电路拿去调试的时候，就发现交通灯一直停在一个状态而没有切换。
我们猜想，由于交通灯的状态是由计数电路控制的，很可能是电路的计数部分出现了问题。
果然，经过检查发现，计数电路的某条线路接错了，结果导致计数电路没有计数，所以交通灯就一直停在一个状态下。
重新接好线路后，交通灯终于按照规定的次序进行绿灯、黄灯、红灯的循环切换。
以下是交通灯转换数据的统计：
表1主干道交通灯转换数据
绿→黄黄→红红→绿
正常正常正常
表2支干道交通灯转换数据
红→绿绿→黄黄→红
其中，黄灯亮时是每秒钟闪亮一次。
经检测，人行横道的红绿灯转换也正常，符合设计的要求。
另外，调试中发现了另一个问题，就是倒计时部分的显示不太正常，虽然数码管的个位倒数正常，能从9到0，但是十位的倒数抖动的比较厉害。
经过研究，我们决定加上一个电容来平波消抖。
加上电容后，倒计时的显示完全正常了。
当主干道亮绿灯时，数码管显示30秒倒数；
当主干道亮红灯时，显示20秒倒数。
电路调试是成功的。
5课程设计的收获、体会和建议
为期两周的电子线路综合设计，我们的收获和体会良多。
通过这次课程设计，加强了我们思考和解决问题的能力以及动手实践的能力。
平时在实验室做实验时有老师在现场指导，而这次课程的设计和焊接都是在宿舍进行的，要求我们有很强的自学能力。
遇到不懂的问题除了向周围的同学请教外，还需要翻阅相关书籍、上网查找资料。
在这个过程中，我们加深了对课本内容的理解，也扩展了自己的知识面，学到了很多平时没有接触到的东西。
这两周的实习过程曲折可谓一语难尽。
虽然电路的原理图在软件上仿真成功了，但在现实中运行却不那么顺利，因为软件仿真时的环境是理想化的，而现实中存在着很多不确定因素的干扰。
由于选择交通灯电路设计课题的人比较少，因此出现问题后也很难与他人比较找出原因。
电路的调试过程是非常艰巨的，线路较复杂，仿佛每个地方都有可能出现异常状况。
越是这样，我们越要细心，分主要模块进行测试，最后一定能找出原因，使电路正常运作。
根据小组成员的特点，我们这样分配了各位成员的任务：
XXX同学主要负责电路设计与软件仿真，XXX同学主要负责电路的焊接，XXX同学主要负责课程设计报告的撰写。
当然，这三个过程都是很重要的，在进行每一个步骤时我们都在不断地交流各自的意见，更正错误。
这次实习锻炼了我们团队合作的能力。
“三人行，必有我师焉”，小组成员之间可以互相取长补短，共同合作，把课程设计的任务做好。
团队需要个人，个人也离不开团队，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
这一点是非常宝贵的。
致谢
感谢学校给了我们这次弥足珍贵的锻炼机会，感谢老师们的指导！
在组员们的努力下以及同学们的热情帮助下，我们得以最终设计出电路来，非常感谢在实习过程中帮助过我们的每一个人！
在电路设计和论文写作的过程中，许多同学给我们提出了宝贵的建议，同时还给予热情的支持和帮助；
在调试电路的过程中，也得到了老师们的热情指导，在此一并致以诚挚的谢意！
参考文献
[1]康华光.电子技术基础数字部分.第5版.北京：
高等教育出版社，2006.225-301
[2]电子技术试验.华南农业大学工程学院电工电子教研室.2009.29-64
[3]康华光.电子技术基础模拟部分.第5版.北京：
高等教育出版社，2006.54-93
图7交通灯电路原理图
附录二元器件清单表
表3元器件清单表
器件名称数量
74LS1935
CD40601
74LS274
74LS741
74LS042
74LS084
CD45112
74LS202
2位数码管1
100Ω电阻3
22M电阻1
可调电容50pF2
晶振32768Hz1
发光二极管10
IC座14脚13
IC座16脚8
IC座24脚1
附录三交通灯实物图
图8交通灯实物图
如图8所示为交通灯实物图。
其中，右上角的电源线用来连接5V电压和接地，在它左边是电源开关。
中间部分是一个2位数码管，用于倒计时显示。
右下角是交通灯显示部分，分别显示主干道和支干道的红绿灯。
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