交通灯设计1.docx

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交通灯设计1

西安邮电学院

数字电路课程设计报告书

——交通灯控制器

学院名称

：

电子工程学院

学生姓名

：

黄亮（04）

专业名称

：

光电信息工程

班级

：

0901

实习时间

：

2011年12月19日——2011年12月30日

1、课程设计题目

交通灯控制系统设计

二、设计的任务和要求

为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。

其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。

设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下：

1.设南北方向的红、黄、绿灯分别为r，y，g；东西方向的红、黄、绿灯分别为R，Y，G，满足图1的工作流程并且可以并行工作：

g（R）→r（G），黄灯用于闪烁提示绿灯变为红灯。

图1：

时序工作流程

2.满足两个方向的工作时序：

东西方向红灯亮的时间应等于南北方向黄、绿灯亮的时间之和；南北方向红灯亮的时间应等于东西方向黄、绿灯亮的时间之和。

其中东西方向为主干道，绿灯亮30秒，红灯亮20秒，黄灯5秒；南北方向为支干道，绿灯20秒，红灯30秒，黄灯5秒。

3.十字路口要有数字显示装置，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。

具体要求为：

当某方向绿灯亮时，置计数器为某一个数值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，进入另一个方向的工作循环。

例如：

当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为19，并使数显计数器开始减“1”计数，当减法计数到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数码管显示的数值应为4，当减法计数到“0”时，黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数码管的显示为29。

三、总体方案

1．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2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:

表示主干道或支干道绿灯亮的时间间隔，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2交通灯控制系统的原理框图

2．分析系统的状态变化，列出状态转换表：

（1）主干道绿灯亮，支干道红灯亮。

表示主干道上的车辆允许通行，支干道禁止通行。

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）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。

表示主干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，支干道禁止通行。

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）主干道红灯亮，支干道绿灯亮。

表示主干道禁止通行，支干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）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。

表示主干道禁止通行，支干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。

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所示，控制器应送出主、支干道红、黄、绿灯的控制信号。

如下：

控制状态

信号灯状态

车道运行状态

S0（00）

主绿，支红

主干道通行，支干道禁止通行

S1（01）

主黄，支红

主干道缓行，支干道禁止通行

S3（11）

主红，支绿

主干道禁止通行，支干道通行

S2（10）

主红，支黄

主干道禁止通行，支干道缓行

表1控制器工作状态及功能

设计原理：

交通灯控制系统主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等器件组成。

时钟信号产生电路主要由555定时器组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生一定的“0”、“1”信号。

这些信号通过时间显示电路转化成时间信号，在通过数码管显示时间。

同时这些信号通过交通灯显示电路转化成6个独立的交通灯信号，用二极管代替交通灯，实现红绿黄灯之间的转换。

其中主干道绿灯显示30秒，黄灯显示5秒，支干道绿灯显示20秒，黄灯显示5秒。

根据设计主、支干道信号一次循环需要60个信号，所以用2个74LS161级联实现，U1代表低位芯片，U2代表高位芯片，取反码容易实现后面的时间显示代码，以进行倒计时，其真值表如图所示。

U2D3C2B1A0，U1d3c2b1a0分别为7LS161高、低位输入信号.“0”为低电平，“1”为高电平，二极管在高电平的时发光，低电平的时不发光。

序号

状态

U2U1

时间

序号

东西

南北

D3C2B1A0d3c2b1a0

绿

黄

红

绿

黄

红

11010110

00101001

11010111

00101000

11011000

00100111

11011001

00100110

11011010

00100101

11100110

00011001

11100111

00011000

11110110

00001001

11110111

00001000

11111100

00000011

11111101

00000010

11111110

00000001

11111111

00000000

11111011

00000100

11111100

00000011

11111101

00000010

11111110

00000001

11111111

00000000

11100110

00011001

11100111

00011000

∶

11110110

00001001

∶

11111101

00000010

11111110

00000001

11111111

00000000

11111011

00000100

11111100

00000011

11111101

00000010

11111110

00000001

11111111

00000000

用G表示主干道的绿灯，Y表示主干道的黄灯，R表示主干道的红灯，用g表示次干道的绿灯，y表示此干道的黄灯，r表示次干道的红灯,则灯的表达式为：

______

G=Q2Q1,Y=Q2Q1,R=Q2,g=Q2Q1,y=Q2Q1,r=Q2，d=Y+y,c=d,b=0,a=d

D=1,C=1,B=G,A=g

单元电路的设计：

1.秒脉冲信号发生器

产生稳定的“秒”脉冲（f=1Hz）,确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。

由1个555定时器，1个0.01uF电容，1个4.7uF电容，1个4.7kΩ电阻和1个150kΩ电阻。

其电路图如图所示：

2,计时器：

根据设计，主干道绿灯显示30秒，黄灯显示5秒，支干道绿灯显示20秒，黄灯显示5秒。

主、支干道信号一次循环需要60个信号，所以用2个74LS161级联实现计时，所以如图所示：

3、控制器：

控制器是电路的核心部分，用74LS74作为控制器，让他直接控制交通灯，而灯的持续时间由控制器的脉冲来控制，由真值表可以知道控制器的脉冲是由计时器的计时状态决定的，如下图所示：

4、译码器

由于我设计的是倒计时，所以在经过译码器之前必须用“非门”取其反码在经过译码器，这样七段显示译码器显示的将是倒计时，如下图所示：

5、用到器件：

交通灯控制电路的实现主要使用2个74LS161，2个74LS48，1个74LS00，2个74LS04，1个74LS08，1个74LS74，1个555定时器共10个芯片，555一片，七段LED数码管两个，发光二极管六个，100欧姆两个，4.7K欧姆、150K欧姆电阻、4.7微法、0.01微法电容各一个。

四、所选方案关键电路波形图

74LS161的时序波形图

五、电路连接步骤

1、按照总的电路图，规划电路总布局，以使电路连接简单、明了。

2、首先一个模块一个模块连接，连接好一个模块，就检测一个，包括芯片，电路板，及导线是否接正确且接稳等，以防整体检测时不必要的麻烦。

3、整体连接完毕，进行调试，看是否和仿真结果相同。

如有出入，仔细检测电路，查出问题所在。

这样不断调试，直到达到预期结果。

4、改进布线，力求精简。

六、电路组装中发生的问题及解决方案

1、秒脉冲信号发生电路是否产生脉冲

把万用表调到20V电压档，万用表负极接地，正极接555定时器“3”针脚，芯片通电后，看电压变化是否变化明显，高电平大于3V，低电平小于0.4V。

如果不能产生脉冲，检测555定时器的引脚是否接对，电阻和电容是否接正确，如果不是这些问题，就通过换芯片，看是否是芯片的问题，如果芯片也没问题，就检测是不是电路板有问题。

2、数码管不能正常显示

看数码管是怎样显示的，如果显示乱码，检查译码芯片74LS48是否接线正常，然后检查各针脚对应输出是否正确，最后检查数码管接线是否正确。

如果数码管中某些段不亮，检查接线是否正确，对应针脚电压是否变化。

如果是某些段不灭也不完全亮，换一个数码管试试。

3、交通灯不显示或不按仿真的状态显示：

检查二极管是否能发光，然后检查二极管接线处是否良好，最后检查接线是否按照状态方程连接正确。

4.工作状态不稳定

在按照电路图连接好电路后，却发现交通灯不能正常工作，于是就开始检测各个工作点和模块，结果发现面包板有一处不能工作，连接有问题，后来我有重新换了一块面包板，最后就成功了，出现这样的问题就是在开始没有考虑到面包板的问题。

接线的时候要特别注意芯片的管脚，同时注意一下芯片是否插紧，导线是否松弛等等。

七、所选方案的总电路图

八、总结

通过短暂的两周电路实习，我印象最深的就是要设计一个电路必须要有耐心，要有坚持的恒心。

在实习的前两天一直在查找资料和设计电路及电路仿真，整体上说来难度不太大，主要是在进一步熟悉软件的使用。

剩下的时间就是在面包板上连接电路，并且对各个模块进行检测，虽然我们在实验室的时间很短只有半天的时间，但是为了连好电路板，在回到宿舍后仍然继续连，连准备复习的时间都个用上了，那种痴迷感真的很强烈，因为我知道我是想等待着分享成功的那一刻，但是事与愿违，等到电路板都连接好了之后，却发现不能正常工作，红绿灯显示不正确，还有数码管的现实是乱码。

我当时没有灰心，而是一点点的分析寻找问题的所在，后来发现了基础连接线的错误，发现错误后一阵欣喜以为问题就要解决了，可是在正确连接后还是没有看到自己想要看到的结果，后来我实在是没有办法了，也很郁闷，特别是看到许多同学都已经上交作品了，我更是着急，于是便找同学帮忙，结果发现是面包板的接触有问题，有一处接触不好，既然发现了问题就要解决，可是芯片换了位置后，整个布线的格局很乱，我看着很不舒服，于是我重新换了一块面包板，重新连接起了电路，在周三的晚上开始连接，一直到宿舍熄灯，主体已经连接完了，只剩下一些接地接高电平的线还没有连接。

第二天早上起来后又开始了连接，终于大功告成，带着自己连接的比较整齐的板子来到了实验室，满怀欣喜的接上了电源，却发现灯是好的，但是数码管不正确，于是我又开始检测，并且针对不懂的问题询问了老师，最后在检测的时候发现自己的马虎粗心，两条线连接错误还有一个芯片的管脚没有连接到电路中去，等到修改完毕后，还是发现数码管不正常，于是我又检查芯片，发现一块74LS00连接有些松弛，当我按住它运行时，正确的结果出现在我面前，那份迟到的欣喜之情终于来了。

这次电路实习，不但让我体会到设计成功时的喜悦，而且，从设计到电路连接都让我受益匪浅，不仅通过实践巩固了课本上的知识，而且在实际运用中活学活用，扩大了知识面，了解了更多的芯片。

通过实习，我懂得如何合理的做一个实验，以及做电路设计时的一些好习惯。

做一个设计，首先要在设计上多用心，保证设计的正确性。

在检测电路的时候，要针对现象进行分析，估计是什么地方的错误，不能没有目的的盲目检测，还要选择合适的检测仪器。

检测中还要学会正确使用万用表中的一些功能。

在实际的连接中，还要注意一些连接顺序，要先连接振荡电路，测试无误后方可连接其他。

所有的数码管，二极管都要接限流电阻。

不能带电插拔。

所有器件的多余输入不能悬空，做合适的处理。

有些不高不低的电平信号，会造成逻辑上的错误，导致无法检测出电路的问题所在。

所以实际操作中有很多的问题值得我们注意，在解决的同时又会掌握不少实际应用的能力。

设计中还要有一些科学的习惯，力求设计的精简，和分析处理问题的准确性。

这次实习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，但通过实习，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，书本和实践相结合，就是最终的作品。

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，知难而进就是我们解决问题的方法。

感谢这次实践，感谢给我们安排这次实践的老师，感谢在实习中给予我帮助的老师和同学。

九、参考文献

1．《数字系统设计---数字电路课程设计指南》高书莉编著北京邮电出版社

2．《数字电路逻辑设计---脉冲数字电路第三版》王银主编高等教育出版社

3．《数字电路实验指导书》张亚婷杨乐郭华王利周丽娟编西安邮电学院电子与信息系统工程系

西安邮电学院数字电路课程设计成绩鉴定表

学生姓名

黄亮

班级/学号

光电0901（05094004）

承担任务实验室（单位）

电路与电子技术基础教学部

所在部门

电子工程学院

实施时间

2011年12月19日——2011年12月30日

具体内容

第一周

讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；选定题目，并设计电路，完成电路设计；电路仿真；领取元器件，开始组装电路；

第二周

组装电路;老师验收电路;写实验报告；实验总结；

成绩鉴定

学习内容

（40分）

基本功能完成情况（25分）

扩展功能完成情况（10分）

其它（5分）

接受单位评价

（20分）

实践能力（10分）

学习态度（6分）

学习纪律（4分）

报告鉴定

（40分）

报告内容与实践过程紧密结合（20分）

报告质量（主题、结构、观点、逻辑、资料、字数20分）

评阅教师姓名

张春茗

职称

讲师

成绩

评语

评阅教师签字

年月日

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