数电交通灯控制电路文档格式.docx
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2、ﻩ主干道通行25秒，南北通行时间为２5秒.
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.
工作计划及安排：
1、查阅资料。
分析比较、选择设计方案;
2、总体设计。
设计计算、元件选取、绘制电路原理图;
３、软件仿真及调试。
利用Proｔeus软件构建电路,进行虚拟仿真；
4、故障排除.根据调试过程中出现的问题,逐一查找原因，排除故障，使电路达到设计要求;
5、撰写课程设计报告.写出设计思路、工作原理,画出电路结构框图，绘出电路原理图，给出设计参数及调试电路数据,分析设计中遇到的问题和解决方法及设计心得体会；
6、答辩。
指导教师签字 年 月日
ﻬ课程设计（大作业）成绩
学号：
ﻩ 姓名:
指导教师
课程设计题目:
总结:
通过为期一周的课程设计,我应用所学数字逻辑的知识顺利得完成了交通灯控制器的设计.在此期间,我查阅里很多相关书籍，在网上查了一些相关芯片的资料，学到了很多知识,并利用它们设计了符合设计要求计数器、控制电路等电路的仿真。
不仅巩固了课堂知识，而且有效的和实际结合在了一起，加强了我们动手、思考、解决问题的能力,并扩展了所学知识和见识。
通过这一个星期的课程设计，我发现了自己的很多不足,自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏,理论联系实际的能力还急需提高。
在课程设计过程中,光有理论知识是不够的,还必须懂一些实践中的知识。
经过本次设计把我在大学学习数电年来所学的理论知识转化为实际应用，既锻炼了我们的实际操作能力,又使理论知识得以加强和升华,激发了创新意识。
指导教师评语:
成绩：
填表时间:
ﻩﻩﻩﻩﻩ指导教师签名:
ﻩ
二、设计思路5
三、设计过程ﻩ5
3.１、方案论证5
3.2、单元电路的设计ﻩ8
3。
2．1秒脉冲发生器ﻩ8
2.2定时器10
2.3控制器ﻩ１1
2。
４译码电路ﻩ1３
3.2．5显示部分１5
五、主要元件ﻩ1７
六、结论1７
九、参考文献ﻩ18
一、设计目的
（1）熟悉集成电路的引脚安排.
（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法.
（3）了解面包板结构及其接线方法.
（４）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。
（5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真.
（６）熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。
二、设计思路
（１）设计秒脉冲发生器
（2）设计交通灯定时电路
（3）设计交通灯控制电路
（4）设计交通灯译码电路
（5）设计交通灯显示时间电路
三、设计过程
３．1、方案论证
方案：
用数电电子技术来实现交通灯控制
交通灯控制系统的原理框图如图1—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:
表示甲车道或乙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—１系统的原理框图
交通灯控制器的ＡＳＭ如图1—３所示
（1）甲车道绿灯亮,乙车道红灯亮。
表示甲车道上的车辆允许通行,乙车道禁止通行.绿灯亮足规定的时间隔TＬ时,控制器发出状态信号ST,转到下一工作状态。
（２）乙车道黄灯亮,乙车道红灯亮。
表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。
黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态.
（3）甲车道红灯亮,乙车道绿灯亮。
表示甲车道禁止通行,乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST,转到下一工作状态。
（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。
表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行。
黄灯亮足规定的时间间隔TY时,控制器发出状态转换信号ST,系统又转换到第
（1）种工作状态。
交通灯以上４种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。
设控制器的四种状态编码为00、０1、11、10，并分别用S0、S1、S3、S２表示,则控制器的工作状态及功能如表1、２所示,控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号．为简便起见,把灯的代号和灯的驱动信号合二为一,并作如下表1—2规定：
表1-２
控制状态
信号灯状态
车道运行状态
Ｓ０（00）
甲绿、乙红
甲车道通行,乙车道禁止通行
S１（０1）
甲黄、乙红
甲车道缓行，乙车道禁止通行
Ｓ3（11）
甲红、乙绿
甲车道禁止通行,乙车道通行
S2（1０）
甲红，乙黄
甲车道禁止通行,乙车道缓行
AG＝1
甲车道绿灯亮
甲车道通行
BG=1
乙车道绿灯亮
乙车道通行
ＡY=1
甲车道黄灯亮
甲车道缓行
BＹ=1
乙车道黄灯亮
乙车道缓行
AR=1
甲车道红灯亮
甲车道禁止通行
乙车道红灯亮
乙车道禁止通行
由此得到交通灯的ASM图,如 图1—3所示。
设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于2５秒时,TＬ＝0（用判断框表示ＴL），控制器保持S０不变。
只有当S０的持续时间等于25秒时,TＬ=1，控制器发出状态转换信号SＴ（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。
图１－3 交通灯的ASM图
2、单元电路的设计
3.2。
1秒脉冲发生器
秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成,其中Ｒ8=15K、R9=6８K,C3=1０ｕF的电阻电容值决定了脉冲宽度．既Ｔ=（R8+2R9）C2ln２当Ｔ=1S，即可凑出R8、R9、C3其中C3=0.０1ｕF是为了保持输出的波形的稳定。
如图１—4所示, R９＝６8K、C3=10uF组成一个串联RＣ充放电电路,在ＮE55５的7脚上输出一个方波信号，Ｃ3上得到一个三角波。
此三角波送到ＮE５55的2脚输入端。
由NＥ５55内部的比较器和门电路共同作用,维持７脚上的方波信号和3脚上的输出方波。
图1-4秒脉冲发生器原理图
秒脉冲还可以由芯片CD4０60和74ＬS7４及其外围电路构成如图１－4—4,该电路选用石英晶体结构成振荡器,在经过分频电路得到秒脉冲。
振荡器的频率越高,计时精度越高.如果精度要求不高也可以采用集成逻辑门与ＲC组成的时钟源振荡器以及由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。
因此，该设计选着由集成电路定时器５５５与RC组成的多谐振荡器来产生秒脉冲。
图1-4-4石英晶体和分频器构成的秒脉冲发生器
2定时器
定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成,要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下,计数器从零开始进行增１计数，向控制器提供模５的定时信号TY和模２5的定时信号TＬ。
计数器选用集成电路74LS1６0进行设计较简便.７４LS160是10进制同步加法计数器,它具有异步清零、同步置数的功能。
74ＬS160功能表如表4-１所示。
表4－1
CLK
RD’
LＤ’
EP ET
工作状态
Ｘ
↑
X
０
1
１
XX
ＸＸ
01
X 0
1 １
置零
预置数
保持
保持（C=0）
计数
表中RＤ'
是低电平有效的同步清零输入端，LD’是低电平有效才同步并行置数控制端,EP、ＥT是计图１－3交通灯的ＡSM图数控制端，CＯ是进位输出端,D０~D3是并行数据输入端,Q0~Q ３是数据输出端。
设计如图1－5
图1—5交通灯定时器
其工作原理为：
由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74ＬS16０的清零端9处。
如图所示:
输入端3。
4.5．6分别接地。
。
Ｕ1的７和10由U2的1１、14经过与门相与后相连。
.即：
只有当时11、14处产生一个高电平脉冲时才能触发Ｕ1中的14产生脉冲。
当U1３C７4LＳ0４的SＴ信号分别送给U1和U2的LＯＡD。
就可以得到TＹ和TＹ非是秒脉冲的５倍；
TL和TＬ非的结果是秒脉冲的25倍。
２.３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.列出控制器的状态转换表,如表1—6所示.选用两个D触发器７4LS7４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,就可以列出了状态转换信号ＳＴ。
表１—6控制器状态转换表
根据上表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:
根据以上方程，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。
控制器原理图如图1—7所示.图中R、C构成上电复位电路。
由两个双多路转换器７4LＳ15３和一个双D触发器7４LＳ74组成控制器.触发器记录４种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换。
图1－7交通灯控制器
其原理为:
CLK分别送给U6A和U6B的３和11的清零端.将TY接入U4的5和U5的4和５;
TＹ非接入U4的4。
如上图所示:
74LＳ７４两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。
选用数据选择器7４ＬS15３来实现每个D触发器的输入函数,将触发器的的现态值加到7４ＬS153的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能.
3.2.4译码电路
译码器的主要任务是将控制器的输出Q１、Q0的4种工作状态,翻译成甲、乙车道上2个交通灯的工作状态。
控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表1-8所示。
表中A、B代表甲、乙车道.
表1-8控制器状态编码与信号灯关系表
Ｑ１Q0
AＧ绿灯
AY黄灯
AR红灯
BＧ绿灯
BＹ黄灯
BR红灯
0０
0 １
1 0
1１
由秒脉冲发生器产生了周期性变化的CLＫ脉冲,一部分送给了定时器的７4LＳ１60芯片，另一部分送给了控制器的74LS74芯片.在脉冲ST同时加到定时器７4ＬS１60芯片的情况下,通过芯片７４LS10将会输出ＴＹ、TY非;
ＴL、ＴL非。
即TＹ和ＴY非放大的结果是秒脉冲的5倍;
TL和TL非放大的结果是秒脉冲的２5倍。
前者输出的信号是后者的1/5。
将定时器输出的ＴＹ。
TY非;
TL。
ＴＬ非分别作用于控制器的芯片74ＬＳ１53中,在ＣLＫ脉冲置于芯片74LS74中会输出高低变化的电平．控制器中的信号在送给由芯片74ＬＳ0８组成的译码器后再通过电路中的指示灯和2００欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过交通灯上的小灯的正常闪烁来实现．电路图设计如图1—9
图１-9译码器部分原理图
5显示部分
显示部分由74LS４8和共阴极七段数码管组成，74ＬS４8作为译码器,对74ＬS１６0的输出信号进行译码,然后通过七段数码管显示出74LS160的计数。
即交通灯需要显示的时间。
其设计如图１-9
图1—９由７4ＬS48和数码管组成的电路
四、系统调试与结果
（1）组装调试秒脉冲电路。
（2）进行定时电路的组装和调试．当输人１Hｚ的时钟脉冲信号时,要求电路能进行增计时,当增计时到25时，能输电有效的定时时间到信号。
（3）调试交通灯控制器以及显示部分.
（4）判断各部分电路之间的时序配合关系.然后检查电路各部分的功能,使其满足设计要求.
最终调试如下:
接上电源,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒,甲车道方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行;
乙车道方向车道的红灯亮,车辆禁止通行.时间显示器从预置的0秒,以每秒增１,增到2５到０时,甲道的绿灯转换为黄灯，其余灯都不变．从增至5秒又到０后时甲车道的黄灯转换为红灯;
乙车道的红灯转换为绿灯.如此循环下去。
五、主要元件
集成电路:
ＮE55—1片７4LS１60—2片74ＬＳ0８—２片 74LS04—２片
７4LS１53—2片7４LS7４-２片7４LS48—2片51０6AS—2片
７4ＬS2０—1片（７4LS04芯片含有4个非门，０８、20芯片同上）
电阻:
２０0欧姆—9个15K欧姆—1个６8K欧姆－1个
电容：
0。
01ｕF—1片 10ｕF—2片
其他:
发光二极管—6个
六、结论
1、能实现的功能
交通灯的状态转换和计时时间的显示,基本能实现甲、乙道路直行和转弯灯的显示功能.
2、不足之处
交通灯中没有右转灯,用的芯片太多。
七、设计心得体会
开始拿到题目的时候,不知道怎么去做,因为我是半途才开始学习数字电子技术的,基础并不是很好。
平常做实验的时候都是一知半解。
刚开始的时候我很迷惑,各种不懂与烦躁。
后来慢慢的去查资料，去网上找相同的设计来看.慢慢的我开始有一点了解。
在队友的帮助，以及老师的指导与改错下，我终于将其设计出来。
通过这次课程设计,加强了我动手、思考和解决问题的能力.花了很多的时间，学到了很多东西，很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了。
在课程设计的过程中,有很多难题，显示器不亮,计数器有问题,信号灯不转换等等等等……但是后来我们都一一克服了。
八、附录
总原理图1－10（如下）
图1—10 仿真图一
九、参考文献
[１]康华光《 电子技术基础》北京:
高等教育出版社，19９9年
［2]罗杰等编《电子技术基础试验》北京:
高等教育出版社，２００8年
［３]金唯香等编《电子测试技术》长沙:
湖南大学出版社,２004年
［4]阎石《数字电子技术基础》 北京：
高等教育出版社，2００1年
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