数电课程设计交通灯控制电路设计.docx

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数电课程设计交通灯控制电路设计

课程设计（大作业）报告

课程名称：

数字电子技术

设计题目：

交通灯控制电路设计

院系：

信息技术学院

班级：

设计者：

学号：

指导教师：

设计时间：

2012/12/24----2012/12/28

信息技术学院

课程设计（大作业）任务书

课程设计题目：

交通灯控制电路设计

课程设计要求：

完成一个交通灯控制电路设计，系统仿真实现以下功能：

由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。

红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内。

实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。

设计任务与要求：

（1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。

（2）当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。

（3）主支干道交替允许通行，主干道每次放行30s、支干道20s。

设计30s和20s计时显示电路。

（4）在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，设置5s计时显示电路。

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。

利用Proteus软件构建电路，进行虚拟仿真;

4、调试。

利用Proteus软件的调试工具进行分块调试、整机联调;

5、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；

6、撰写课程设计报告。

要求写出设计思路、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。

指导教师签字年月日

课程设计（大作业）成绩

课程设计题目：

交通灯控制电路设计

总结：

这星期的课程设计，当中有苦也有乐，从苦乐中我学到了很多东西。

不仅很好的复习了一下数电所学的内容，而且提高了自己的动手实践能力。

第一天听了老师的讲解，我了解了交通灯所要完成的各项要求和所需的各种器件。

接下来就是去图书馆查资料，仔细看了几本讲解交通灯的书，我对所要设计的交通灯有了进一步的了解。

设计好电路后，我进行电路的仿真。

仿真出来后发现倒计时错了，我观察了数字的变化，经过多次尝试，改了两片161的级联和脉冲，最后倒计时和灯都符合要求了。

这次课程设计不仅仅是一次动手能力的实践，也是锻炼我们思维能力和意志力的实践，我们从书上学到的是死知识，但通过课程设计，活跃了我们的思维，也给了我们一个发挥自己创新能力的机会。

既是动手实践就会遇到各种问题，也会面对重重困难，不畏艰难，就是我们解决问题的方法。

感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。

指导教师评语：

成绩：

填表时间：

指导教师签名：

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。

二设计要求和指标

（一）设计要求

1.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。

2.当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。

3.主支干道交替允许通行，主干道每次放行30s、支干道20s。

设计30s和20s计时显示电路。

4.在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，设置5s计时显示电路。

（二）设计指标

1．设计秒脉冲发生器

2．设计交通灯定时

3．设计交通灯控制

4．设计交通灯译码

5．设计交通灯显示时间

三设计内容

3.1数字钟电路工作原理

1.电路各部分的组成和工作原理。

2.元器件的选取及其电路逻辑图和功能。

3.电路各部分的调试方法。

4.在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问题，其原因及解决的办法。

5.分析系统的逻辑功能，画出其框图：

图1交通灯控制系统的原理框图

两方向车道的交通灯的运行状态共有4种交通灯是同步的。

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。

TL:

表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为15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。

（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）甲车道黄灯亮，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，乙车道黄灯亮。

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，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。

3.2主要器件

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

3.3仿真结果与分析

3.3.1主控制电路

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，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。

图2主控制电路

3.3.2时钟计时器

这个时钟信号是用555定时器加上3个74ls90作为1000分频电路组成的。

图3计时器

3.3.3译码器

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小灯的正常闪烁来实现。

图4译码器

3.3.4时间显示

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。

图5时间显示

3.3.5总原理图

图6总原理图

四本次设计改进建议

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，还可以改进。

3仿真图不美观，还可以改进。

五总结

这星期的课程设计，当中有苦也有乐，从苦乐中我学到了很多东西。

不仅很好的复习了一下数电所学的内容，而且提高了自己的动手实践能力。

第一天听了老师的讲解，我了解了交通灯所要完成的各项要求和所需的各种器件。

接下来就是去图书馆查资料，仔细看了几本讲解交通灯的书，我对所要设计的交通灯有了进一步的了解。

设计好电路后，我进行电路的仿真。

仿真出来后发现倒计时错了，我观察了数字的变化，经过多次尝试，改了两片161的级联和脉冲，最后倒计时和灯都符合要求了。

这次课程设计不仅仅是一次动手能力的实践，也是锻炼我们思维能力和意志力的实践，我们从书上学到的是死知识，但通过课程设计，活跃了我们的思维，也给了我们一个发挥自己创新能力的机会。

既是动手实践就会遇到各种问题，也会面对重重困难，不畏艰难，就是我们解决问题的方法。

感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。

六主要参考文献

1.阎石数字电子技术技术基本教程清华大学出版社

2.路勇电子电路实验及传真清华出版社北方交通大学出版社2004.1

3.肖景和数字集成电路应用精粹人民邮电出版社2002

4.陈有卿新颖电子灯光控制器机械工业出版社2004

5.陈永甫新编555集成电路应用800例电子工业出版社2000

6.章忠全电子技术基础实验与课程设计中国电力出版社1999

7.谢自美电子线路设计.实验.测试华中科技大学出版社2000

8.高吉祥电子技术基础实验与课程设计电子工业出版社2002

9.网络资料