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简易交通灯

课程设计说明书

课程设计名称：

电子课程设计

课程设计题目：

简易交通灯

学院名称：

信息工程学院

专业：

计算机科学与技术班级：

080611

学号：

08061108姓名：

陈龙

评分：

教师：

2010年9月15日

摘要

在现代社会中，随着社会的经济的快速发展，人们生活水平的日益提高，人口和汽车日益增长，交通也日益拥挤，繁忙的道路交通变得越来越受到广泛的重视，人们的安全问题也日益重要。

红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。

交通灯为人们的安全出行提供了很大的保障。

因此设计适当的交通灯电路对我们的生活息息相关。

本次设计的方案中采用CD4017集成芯片实现三种信号灯的自动循环功能，采用NE555产生计时信号，同时用74系列常用集成电路的数码显示。

该简易交通灯的功能是仅能控制一条道路的交通状况，而且对此道路的交通状况进行了两种实施方案，一种是按红、黄、绿、红、黄、绿的单向交通灯循环控制；另一种是按红、黄、绿、黄、红的双向交通灯循环控制；在时间上的分配是红、绿灯各亮十秒，黄灯亮五秒。

第一种方案又因为技术问题而分成2种小方案。

后面将详细介绍。

关键字：

简易交通灯计时电路译码电路CD4017NE555

摘要1

前言3

第一章简易交通灯设计方案及框图4

1.1基本要求设计方案4

1.1.1基本要求··········································································4

1.1.2设计方案···········································································4

1.2提高要求设计方案4

1.1.1基本要求···········································································4

1.1.1设计方案·········································································4

1.3设计框图5

第二章简易交通灯设计方案单元模块电路设计5

2.1电源电路5

2.2译码电路5

2.3光源电路6

2.3.1红黄绿单向循环6

2.3.2红黄绿黄红双向循环8

第三章实验调试和分析8

结论9

后记9

参考文献10

附录11

前言

随着经济的高速发展，交通运输业面临巨大挑战，人口的巨增，生活水平的提高，私家车的大量拥入，城市中心的交通安全也就成了我们面临的主要问题。

为了缓解交通拥挤和交通安全问题，交通灯随之问世。

当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。

因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。

随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。

本文介绍了一个智能交通灯系统的设计。

一般的智能交通灯设计都是以AT89c51单片机为路口控制核心，以磁感应传感器采集违章信号，中控室以微机为控制器对路口进行监视违章处理等操作，图象传输采用电信ADSL公共网进行传输。

可是由于材料的限制，只能用采用CD4017集成芯片以及NE555还有74系列集成芯片制作一个相对简单的简易交通灯来实现三种信号灯的自动循环功能。

交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。

以后也将一直永远的发展和完善下去。

通过实验可以实现以学生自我训练为主的教学模式，更好地掌握实验原理、操作方法、步骤，全面了解仪器设备的性能并正确地使用仪器，锻炼学生思考问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新思维和实际动手能力，提高学生驾驭知识的能力，培养学生事实求是的科学态度，百折不挠的工作作风，相互协作的团队精神，勇于开拓的创新意识。

通过开展这项工作，将有利于培养社会所需要的高素质、创新型人才。

第一章简易交通灯设计方案及框图

1.1基本要求及其设计方案

1.1.1基本要求：

（1）、3个输出端分别表示红、绿、黄三灯，交通灯亮的顺序是红、黄、绿、红、黄、绿单向循环点亮。

（2）、输出用发光二极管显示。

（3）、三种灯亮的时间是红、绿灯每次亮l0s,黄灯每次亮5s；

1.1.2设计方案：

经过资料的查阅，小组的讨论，以及几种方案的比较，选定方案参考如下：

由芯片CD4017，74LS32，发光二极管构成简易交通灯的基本电路，定时提供脉冲信号电路由NE555定时器构成。

只需设计一个电源开关，当打开开关后，5V的直流电流通过NE555转变成有固定频率的方波，再通过滑动变阻器改变方波的频率达到设计所需的固定频率，五秒一个方波，然后利用CD4017实现自动循环功能，连续接两个红的发光二极管就能达到连续亮十秒的目的了，而CD4017其中的3、2、4、7、10、1、5、6、9、11接线柱依次接上红、红、黄、绿、绿、红、红、黄、绿、绿，这样就能达到红灯和绿灯连续亮十秒，黄灯亮五秒，而且又能按照红黄绿单向的顺序自动循环。

对于改进的部分，主要是为了能在视觉上更容易观看，线路上更清晰简明，利用或门把相同颜色的发光二极管接在同一个二极管上。

1.2提高要求及其设计方案

1.2.1提高要求：

1）、有3个输出端分别表示红、绿、黄三灯，交通灯亮的顺序是红、黄、绿、黄、红依次循环点亮。

（双向循环）

（2）、具有手动控制功能，能使某种颜色的灯亮时间为定值；

1.2.2设计方案：

在提高要求的方案中需要将红黄绿单向亮灯顺序改为红黄绿黄红双向循环点亮，需利用门电路更改CD4017那些发光二极管的连接顺序，按照红黄绿黄红的顺序输出接线即可。

NE555定时器输出管脚3接与门的管脚1一个通过高电平逻辑开关接与门的管脚2，与门的管脚3接CD4017的输入管脚脚14，这样，逻辑开关就能实现手动控制。

当其为“1”时，为自动；当其为“0”时，为手动。

1.3设计框图

基本原理设计电路图如图所示。

4017

555

光源电路

电源

电路

图1.1

第二章简易交通灯设计方案单元模块设计

2.1电源电路

NE555

100k

5V470uF

680k

4.7uF

_0.1uF

图2.1

由于555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。

而且本实验中控制电路对脉冲精度要求不高，只要能实现可调即可。

故选择采用NE555构成多谐振荡器作为脉冲电路。

其原理电路图如图2.1所示。

NE555和电阻，滑动变阻器以及电容组成的电源电路，

输出频率为f=1.43/（R1+2R2）C，当取R1=100K,R2调到适宜的阻值，C=0.1Uf时可算出产生的频率为1hz。

即使得周期为1s。

其中3为脉冲输出端口它的4、8引脚直接接5V电源的正级，2、6引脚并接在滑动变阻器上，7脚接电阻的一端，3脚把有固定频率为5秒的方波信号输出。

工作过程为：

当打开电源开关后，直流信号就通过NE555转变成5秒一次的方波信号并输出。

NE555的内部电路方框图及逻辑图

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2.2

2.2译码电路

０

CD4017

14ＣＴ

13９

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　GND

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2.3

译码电路由一块CD4017集成块组成。

该集成块有3个输入端（2个时钟输入端CP的14脚和EN的13脚与复位端Cr的15脚）。

有10个输出端Q0～Q9（依次为3脚、2脚、4脚、7脚、10脚、1脚、5脚、6脚、9脚、11脚）。

还有一个进位端CO，其功能是：

当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，输出端Q0为高电平，其余9个输出端Q0～Q9均为低电平。

时钟输出端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，EN则对时钟脉冲的下降沿计数。

Q0～Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。

如从0开始计数，则输入到第1个时钟脉冲时，Q1就变成高电平，输入第2个时钟脉冲时，Q2变成高电平……直到输入第10个时钟脉冲，Q0变为高电平。

同时，进位端C0就输出一个进位脉冲，作为下一级计数的时钟信号。

Cr为复位端，也为清零端。

当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q0为高电平，Q1～Q9为低电平。

如此反复，只要集成块NE555的3脚送来的二进制信号不消失，CD4017将二进制信号转换为十进制信号的计码工作就会反复进行下去。

实现功能：

循环计数十次。

循环效果：

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001。

采用元件：

用计数器CD4017，74LS32为主。

具体操作：

先用一片计数器CD4017做一个10进制循环的计数器。

每次循环到到了1001的时候清零功能启动，将清零后再循环。

具体的循环次数可以从LED显示器显示。

CD4017的波形图

INH

图2.4

CD4017的真值表：

入

输出

INH

Q0～Q9

计数脉冲为

Q0～Q4时：

CO=H

↑

计数

↓

保持

计数脉冲为

Q5～Q9时：

CO=L

↓

　↑

2.3光源电路

这是最基础的光源电路，由于多种方案都是在光源电路上做出修改，所以光源电路有多个，方案如下：

图2.5

2.3.1红黄绿单向循环

方案一：

由于从NE555出来的信号是频率为五秒的方波信号，而红灯和绿灯是亮十秒，黄灯是亮五秒，每次脉冲输出是5秒，所以2盏红灯或者绿灯则是10秒。

（接线柱上的二极管颜色依次为：

红、红、黄、绿、绿、红、红、黄、绿、绿）

1K1K

图2.6

方案二：

此次的更新节省了一个红灯和一个绿灯，并运用或门来实现。

（二级管的颜色依次为红、黄、绿、红、黄、绿）

图2.7

方案三：

此次的更改更节约了一个红灯一个绿灯以及一个黄灯，在视觉上也得到了很好的改善。

可以清楚的光测到红绿灯在一个发光二级管上亮十秒，黄灯亮五秒。

（二级管的颜色依次为红、黄、绿）灯亮的次序是红、黄、绿、红、黄、绿。

图2.8

2.3.2方案设计分析

方案一分析：

优点—原理清晰，易懂，连线容易。

原理上分析可以通过级联实现25进制循环，也可以实现实验的要求。

缺点—电路要求器件较多，调试难度小，连线容易出错

方案二分析：

优点—电路模块化，耦合性小，调试负担大。

缺点—原理复杂，难懂，连线易错。

级联一个5—10进制计数器，且要循环，中间的思路很复杂。

但从原理上分析也可以实现实验要求。

方案三分析：

优点—较方案二直观，元器件更少。

缺点—原理复杂，难懂，连线易错。

由于门电路的时间延迟，调试难度加大。

2.3.3红黄绿黄红双向循环

双向循环灯亮的次序是红、黄、绿、黄、红。

图2.9（二极管的颜色依次为红、黄、绿）

第三章实验调试和分析

完成电路设计，安装元器件及连好实验结果测试。

实验前首先完成以下步骤：

1.首先查看各种资料根据题目的要求把电路原理图设计出来，然后检查电路原理图并请教老师核实电路原理图的正确性，领取实验所需的元器件。

2.检查导线的可用性以及数量以及实验仪器和元器件是否完好。

对照电路原理图依次把电路接好，在接线的过程用数字万用表打到合适的档位，测试各对应的接点是否连接好并导通。

3.检查电源5伏直流电压输出正常，发光二极管的正常发光，NE555、74LS32、CD4017芯片测试其功能均正常，用万用表检查开关，按下时导通均正常。

测试并分析：

完成上述步骤后，接通5伏的直流电源，一切都很顺利，只是有点小的问题，就是灯亮但没有按照固定的时间亮，后来经过调滑动变阻器，使方波的频率变为五秒，重新进行实验测试，得到正确的实验现象如下：

当按下电源开关后，发光二极管就会按照顺序有固定时间的明亮，当红灯亮完十秒后就会自动灭掉，接着黄灯就开始亮五秒，五秒后黄灯就会自动灭掉，随后绿灯开始亮十秒，就这样一直循环下去，直到断开电源开关。

而提高版中的现象亦是如此，只是亮灯顺序有所改变。

至此，简易交通灯电路设计，调试与实验成功。

结论

1.经过不断的检查、调试和分析，我组成功完成了简易交通灯的基本要求，并且和戴慧慧那一组合力改进了简易交通灯系统。

该系统当按下电源开关后，发光二极管就会按照顺序有固定时间的明亮，第一个版本每盏灯都是亮五秒，当红灯亮完十秒后就会自动灭掉，接着黄灯就开始亮五秒，五秒后黄灯就会自动灭掉，随后绿灯和红灯一样亮十秒后熄灭，至此一个循环结束。

2.简易交通灯按上述描述，一直循环下去，直到断开电源开关。

而后期的改进版中的实现效果亦是如此，只是交通灯的亮灯次序和时间均有所改变。

2.实验的检查调试阶段，当整个电路过于复杂却又不能达到要求时，切忌过分焦急，而应该冷静地认真地检查分析可能存在的问题，并努力解决问题。

在实验的第一步，我们就因为秉着严谨的态度把任何实验要用的器材和元器件都检查一遍，例如：

导线是否存在不能导通问题，多用表是否有电，芯片是否存在问题等等。

这样做不仅仅能避免许多问题，更能提高完成设计的质量。

完成连接后出现问题无头绪，小组都没法解决时，应该向周围同学以及老师寻求帮助。

3.简易交通灯的设计这个课题重点考察了对数字电路知识的理解和应用，我们平常在课堂上只是学习了一些理论知识，而这次的实验是个很好的实践经验，理论和实践相结合，从而使我们更好地掌握所学知识，此次的课程设计巩固了前阶段所学的理论知识，增强了动手时间能力。

不管是什么设计，我们都应该严谨的去对待，也应该重视每一次考核和设计。

后记

不是第一次参与课程设计了，但是每一次都有新的心得体会。

这一次的设计，较以往的设计都难，我与同组同学几乎把所有时间都投入到这上面，整天在实验室、图书馆和寝室电脑前3点一线的奔跑忙碌着。

为了自己组的课程设计，我们一组可谓是全身心投入。

每一次的设计都会让我深深的了解到这么一点，书本知识永远都不能脱离实践，可是书本知识的缺乏，反而会增加我们实践的难度。

没有挑战，或许我们永远都不会进步。

或许当我们进入社会，参加工作了，才会真正了解到知识的重要性。

每一次设计都会让我感受到自己还有很多不足之处，经验的欠缺、书本知识的匮乏、动手实践能力的薄弱、查找信息的迟钝等等。

不过总体来说，这次课程设计获益胜多。

期待着下一次的课程设计。

过此次实验，学会了简易交通灯电路的设计。

在此也首次接触了Multisim2001的一些运用。

在这些设计中用到了计数器，触发器，二极管等一些数字逻辑电路设计的知识，系统地在实际运用中运用到了。

基于这个简易的交通灯可以在此基础上推广和研究，设计出更加复杂的交通灯。

此次课程实验也有很深的研究意义和研究价值。

无论再怎样复杂精密的交通灯，其目的都是一样的，即保证交通安全运行。

万丈高楼平地起，只有扎实的基础，才会有更大的发展。

通过研究简易的交通灯电路，可以通过不同的设计和构想作出稳定性高，结构合理，实用价值高的交通灯。

为研究高层次的交通灯做了基础性的准备。

不仅如此，还能促进更多的人们为交通安全作出积极的响应和贡献。

参考文献

[1]高吉祥主编电子技术基础实验与课程设计电子工业出版社2002.2

[2]康华光电子技术基础。

数字部分（第四版）高等教育出版社2003.3

[3]李海74系列芯片手册重庆大学出版社1999.9

[4]白中英.数字逻辑与数字系统.北京.科学出版社.2007.ISBN978-7-03-020727-2

[5]赵珂.脉冲与数字电路实验指导书.南昌航空大学电子信息工程学院实验实践中心。

2008

[6]李大友.《数字电路逻辑设计》.清华大学出版社.1997

[7]陈光梦.《数字电子学基础》.复旦大学出版社 2005年3月

[8]欧阳星明.数字逻辑[M]，武汉:

华中科技大学出版社，2002.5

附录

一、设计方案

由于我组在不断设计和实践当中不断总结，不断更新我们的电路图，所以我们有多种方案，如下图所示。

（一）、红黄绿单向循环

方案一：

（由于在方框中不好写数字，在CD4017右边的十一条线路分别按顺序接在CD4017芯片上的3、2、4、7、10、1、5、6、9、11接线柱上，以下同样）

附图1

该方案的特点是从NE555出来的信号是频率为五秒的方波信号，而红灯和绿灯是亮十秒，黄灯是亮五秒，连续两个红灯和两个绿灯就能亮十秒，但是这也是该方案的缺点。

方案二：

附图2

该方案是方案一的改进版，运用或门，使得方案一中总共亮十秒的2盏灯合并为一盏，节约了元器件，改进了电路，也更符合设计要求了，缺点是发光二极管运用的还是多

方案三：

附图3

方案二是双路的红绿灯，而方案三是单路的红绿灯，节约了元器件，同时优化了电路，美观了电路的显示效果。

（二）、红黄绿黄红双向循环

附图4

设计电路如上图所示。

电路选用NE555和CD4017以及或门来共同实现。

该电路主要完成的功能是：

通过NE555定时给出方波脉冲信号，然后应用CD4017的循环功能来控制交通灯的明暗以及自动更换灯亮。

工作过程中：

当打开电源开关后，直流电源就会通过NE555转变成有固定频率的方波信号，然后每一个方波信号有固定时间间隔的传入CD4017中，控制灯亮以及更换颜色，以此同时可以利用滑动变阻器来调节NE555发出方波的频率，我们需要的是五秒。

而红灯需要亮十秒，所以我们连续接两个红灯，这样就能实现红灯亮十秒啦，绿灯也是如此。

对于我组在改进的电路方案中用到的或门是为了只需用三个灯，这样在视觉上就更容易观测了，根据或门的真值表显示，只需一个有信号即=1，灯就可以亮，这样就达到了灯既亮而且每个灯上都亮有固定的时间。

或门74LS32的真值表如下。

输入输出

ABY

000

011

101

111

2、元件器材清单

序号

编号

名称

数量

74LS32

或门

CD4017

脉冲分配器

NE555

脉冲发生器

100K

电阻

680K

电阻

470uF

电容

4.7uF

电容

0.1uF

电容

红色

发光二极管

黄色

发光二极管

绿色

发光二极管

附表2

3、部分元件的引脚图

1）NE555

158

2）CD4017

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