数字电子技术课程设计交通灯设计.docx

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数字电子技术课程设计交通灯设计

《电子技术》课程设计报告

题目简易交通灯信号控制器

学院（部）信息工程学院

专业电子信息工程

班级24030802

学生姓名魏烈芳

学号**********

12月20日至12月30日共2周

指导教师（签字）

一、题目名称

二、设计要求

三、第一章系统概述

四、第二章单元电路设计与分析

五、第三章系统综述、总体电路图

六、第四章结束语

七、参考文献

八、元器件明细表

附图

九、鸣谢

十、收获与体会，存在的问题等

一、课题名称

课题名称：

简易交通信号灯控制

二、设计要求

⑴定时控制：

主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒

⑵每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯作为过渡

⑶分别用红、黄、绿色发光二极管表示信号灯

⑷设计计数显示电路

摘要：

本设计是采用数字电路的相关知识设计一个简易交通信号灯的控制电路，实现主干道、

支干道红、黄、绿灯状态的转换控制，指挥车辆和行人安全通过，实现十字路口交通管理规范化。

本次设计中，以本学期所学的知识为基础进行设计。

⑴设计一个简易的交通信号控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在

个入口设置红、黄、绿三色信号灯，红灯亮禁止通过，绿灯亮允许通过，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。

⑵主干道亮红灯时，支干道亮绿灯;主干道亮绿灯时，支干道亮红灯。

⑶主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设计45秒、25秒计时、显示电路。

⑷每次由红灯变为绿灯时，有5秒的黄灯作为过渡，使行驶中的车辆有时间听到禁行线外，设计5秒计时、显示电路。

三、第一章系统概述

（一）经过上网查询、书籍查阅，得出了关于交通信号灯控制器可由以下几种方案实现

方案一：

采用通用中小型规模集成芯片及逻辑门电路实现。

方法比较繁琐和陈旧，在技

术上是可行的，可以简化电路的设计。

方案二：

采用单片机系统设计。

单片机内部具有定时器、计数器和高稳定的频率源等硬件资源以及灵活的软件运算和控制电路，能够十分方便地对外部信号进行计数，并且可以实现逻辑控制及数据运算。

方案三：

采用CPLD（包括大规模CPLD/FDGAD等）系统设计。

CPLD是高效的设计软件，可通过软件对电路结构进行设计，实现各种数字逻辑系统功能，而且由于管脚定义灵活，大大减轻电路图的设计。

基于上述分析可见，方案二和方案三较方案一更加方便、灵活，但由于所学的知识有限，时间有限，又要对课本所学的知识有所体现，所以，最终选择方案一。

设计一个有脉冲发生器、控制器、计数器、状态译码器等组成的集成电路，由控制器完成整个电路的自动转换，状态译码器接受控制器的输出控制各信号灯。

（二）方案一的原理框图

主干道

状态控制电路

支干道

秒脉冲计数器数字显示电路

秒脉冲作为整个电路的时基脉冲，向状态控制电路和计数器提供CP脉冲。

状态控制器控制主干道和支干道的信号灯工作状态，同时驱动计数器进行相应的计数，计数器驱动数码显示电路，显示倒计时状态。

四、第二章单元电路设计与分析

（1）秒脉冲电路

因为控制系统是以秒作为单位的，所以用秒脉冲发生器。

秒脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器构成的。

电路图如下：

1-1

图（1-1）

（2）状态控制部分

该电路有四个状态，具体如下

控制状态

红绿灯显示

时间

S0（00）

主绿，支红

45S

S1（01）

主黄，支红

S2（10）

主红，支绿

25S

S3（11）

主红，支黄

可以用74LS161实现状态转换

列出真值表为

（其中：

G，Y，R分别代表主干道绿，黄，红灯

gyr分别代表支干道绿，黄，红灯）

由真值表得出

由此可以画出电路图如下（2-1），预置数端接0000

图（2-1）

LED1=GLED2=YLED3=R

LED4=gLED5=yLED6=r

同样用74LS161来实现上述电路的输入CP脉冲，采用反馈置数法实现5秒一个产生一个秒冲

状态转换图如下

0000→0001→0010→0011→0101→0000

具体实现时把该74LS161的LD端和实现状态转换的74LS161的CLK端相连，预置数端接0000

具体设计电路如下图（2-2）：

图（2-2）

（3）计时电路

计时电路负责整个电路的计时和状态控制，是用得最多的电路，主干道和支干道，各采用两块74LS190来实现，才用串行置数和红绿黄灯的状态来控制。

主干道：

实现45S，5S，30S倒计时控制

支干道：

实现50S，25S，5S倒计时控制

具体思想如下：

现选用两个74190芯片级联成一个从99倒计到00的计数器，其中作为个位数的

74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、

QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。

当个位数减到0时，再减1

就会变成9，0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与

起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。

信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来，决定倒计时是置数，还是计数

工作开始时，LD为0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。

当倒

计时减到数00时,LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。

74LS190功能表

具体电路如下（3-1）：

图（3-1）

另外，置数控制电路由灯控电路作为输入来实现来实现：

A：

利用灯的真值表

具体电路图如下（3-2）

图（3-2）

其中LED7=GLED8=R

LED10=rLED11=y

从上倒下分别是：

主干道十位数，个位数，支干道十位数，个位数

（4）译码显示部分

用7747七段显示译码器和晶体管来实现倒计时显示来实现。

表1-37447状态表

Inputs Outputs

No. LT RBI DCBA BI/RBO|abcdefg

----|----|-----|-----------|--------|--------------

0 |1 | 1 | 0000 | 1 |1111110

1 |1 | X | 0001 | 1 |0110000

2 |1 | X | 0010 | 1 |1101101

3 |1 | X | 0011 | 1 |1111001

----|----|-----|-----------|--------|--------------

4 |1 | X | 0100 | 1 |0110011

5 |1 | X | 0101 | 1 |1011011

6 |1 | X | 0110 | 1 |0011110

7 |1 | X | 0111 | 1 |1110000

----|----|-----|-----------|--------|--------------

8 |1 | X | 1000 | 1 |1111111

9 |1 | X | 1001 | 1 |1110011

具体电路图如下（4-1）

图（4-1）

其中DCBA分别接74LS190的QD，QC，QB，QA

（5）黄灯闪烁控制

设计黄灯每秒闪一次，因此把秒脉冲的输出端与控制黄灯的输出信号用一个与门连起来，再接黄灯。

具体实现电路如下（5-1）:

图（5-1）

五、第三章系统综述、总体电路图

系统概述：

该简易交通信号控制器由秒脉冲发生器、状态控制器、计数器及数字显示电路集合

成。

秒脉冲发生器是有555定时器构成的多谐振荡器构成，通过选择合适的元器件，输出期为1s的方波。

用两片74LS161实现状态控制电路，将一片74LS161设计成五进制加法计数器，用秒脉冲发生器作为其控制脉冲，则产生周期为5s的脉冲信号。

本设计一个周期的时间为80s，用另一片74LS161做成计数器，将80s的循环周期分段成为45s、25s和2个5s，在整个周期上单独分离每个状态所需的时间、状态以及信号灯的工作状态，该计数器所用的CP脉冲为周期为5s的脉冲信号。

用4片74LS190两两联为99减法计数器分别控制主干道与支干道的数字显示电路，状态控制器控制计数器进行工作。

计数器通过有7447构成的译码电路译码，驱动数码管显示数字。

六、第四章结束语

本次设计是老师提供课题名称，在老师的指导下，同学的帮助下完成的。

此次设计在经过为期两周的时间内完成，本设计主要以所学的内容为主，部分是通过查阅资料完成。

本设计的主要思想是利用循环一个周期的时间，单独分离每个状态所需的时间、状态以及信号灯的变化。

电路必要复杂，所用的逻辑门多，但思路简单明了。

如有不完善和出错的地方，请见谅。

七、参考文献

1、林涛主编数字电子技术基础北京：

清华大学出版社2006（2007）重印

2、姚福安主编电子电路设计与实践山东科学技术出版社

3、肖冰、郭莉、安

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