交通灯控制电路+数电课程方案设计书+数字电路课程方案设计书.docx
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交通灯控制电路+数电课程方案设计书+数字电路课程方案设计书
数字电路课程设计
——交通灯控制电路
系别：
电气工程及其自动化
专业：
通信工程
班级：
10—1班
姓名：
马书亮
学号：
1016303002
指导老师：
苏玉娜
第一章序言
随着社会的飞速发展，城市交通问题日益凸显严重，尤其在城市街道的十字叉路口，频繁发生交通问题，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条街上都有一组红、黄、绿交通信号灯。
其中红灯亮，表示道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已经过停车线的的车辆继续通行；绿灯亮表示道路允许通行。
交通灯控制电路自动控制十字路口的红、黄、绿交通灯。
交通灯通过的状态转换，指挥车辆行人通行，保证车辆行人的安全，实现十字路口交通管理自动化。
第二章设计任务书
一、设计题目：
交通灯控制电路
二、技术内容及要求：
1、设计任务
设计一个十字路口的交通信号灯控制器，控制A、B两条交叉道路上的车辆通行，具体要求如下：
a）每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许通行，红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已通过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆停止通行。
b）每条道路上每次通行的时间为25s.
c）每次变换通行车道之前，要求黄灯先亮5s,才能改变换车道。
d）黄灯亮时，要求每秒钟闪烁一次。
2、设计目的
通过本设计熟悉用中规模集成电路进行时序逻辑电路和组合逻辑电路设计的方法，掌握简单数字控制器的设计方法。
三、给定条件及器件
元件名
型号
数量
集成电路
74LS163D
1个
74LS465N
3个
74LS190D
2个
NC7S08_5V
6个
NC7S04_5V
5个
NC7ST02_5V
1个
NC7S32_5V
1个
电阻
1个
47kΩ
1个
5.6kΩ
1个
200Ω
7个
5.1kΩ
1个
电容
10uF
2个
0．1uF
2个
发光二极管
红色
3个
黄色
2个
绿色
2个
三极管
3DG
1个
导线
——
若干
四、设计内容
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。
第三章电路组成和工作原理
1．分析系统的逻辑功能，画出其框图
设系统工作的十字路口由主、支两条干道构成，4路口均设红、黄、绿三色信号灯和用于计时的2位由数码管显示的十进制计数器，其示意图如图5—1所示。
图1十字路口交通信号灯控制示意图
根据交通规则，交通信号灯自动定时控制器所需实现的功能如下：
（1）主、支干道交替通行，通行时间均可在0~99s内任意设定。
（2）每次绿灯换红灯前，黄灯先亮较短时间（也可在0~99s内任意设定），用以等待十字路口内滞留车辆通过。
（3）主支干道通行时间和黄灯亮的时间均可由同一计数器按减计数方式计数（零状态瞬间进行状态的转换，视为无效态）。
（4）在减计数器回零瞬间完成十字路口通行状态的转换（换灯）。
（5）计数器的状态由EWB显示器件库中的带译码器七段数码管显示，红、黄、绿三色信号灯由EWB显示器件库中的指示灯模拟
2．系统工作流程图
设主干道通行时间为N1，支干道通行时间为N2，主、支干道黄灯亮的时间均为N3，通常设置为N1>N2>N3。
系统工作流程图如图5-2所示。
3．系统硬件框图
图3 硬件结构框图
（1）如图2所示，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N1时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。
（2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。
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，支干道禁止通行。
黄灯亮足规定时间间隔N3时，控制器发出状态转换信号，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N2时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。
（4）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。
表示甲车道禁止通行，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N3时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第
（1）种工作状态。
第四章设计步骤及方法
一、列出控制器与信号灯的关系表：
（1）状态控制器:
由流程图可见,系统有4种不同的工作状态（S0～S3），选用4位二进制递增集成计数器74163作状态控制器，74163的功能表如图所示，电路符号在图中可见，取底两位输出QB、QA作状态控制器的输出。
状态编码S0、S1、S2、S3分别为00、01、10、11.
（2）状态译码器：
以状态控制器输出（QB、QA）作为译码器的输入变量，根据四个不同通行状态对主、支干道三色信号灯的控制要求，列出灯的控制要求，列出灯控函数真值表，如表X所示。
状态
QBQA
主干道
R（红）Y（黄）G（绿）
支干道
r（红）y（黄）g（绿）
00
001
100
01
010
100
10
100
001
11
100
010
表2、灯控函数真值表
根据灯控函数逻辑表达式，可写出由与门和非门组成的状态译码器电路，如图3所示。
将状态控制器，状态译码器以及模拟三色信号灯相连接，构成三色信号灯逻辑控制电路。
图4三色信号灯逻辑控制电路
黄灯闪烁控制：
要求黄灯每秒闪一次，即黄灯0.5秒亮，0.5秒灭，故用一个频率为2的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连接进来再接到黄灯就可以实现
（3）信号灯计时显示逻辑电路选用两片74190（功能表如表2所示）十进制可逆计数器构成2位十进制可预置数的减法计数器，如图5所示。
74190具有异步并行置数功能、保持功能，虽然没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。
两片计数器之间采用异步连接方式，利用个位计数器的借位输出脉冲（RCO`）直接作为十位计数器的计数脉冲（CLK），个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。
选用两片只带译码器功能的七段显示数码管实现两位十进制数显示。
D1、C1、B1、A1和D0、CO、B0、A0是十位和个位计数器的8421码置数输入端。
由74190功能表可知，该计数器在零状态时RCO`端输出低电平。
将个位与十位计数器的RCO`端通过或门控制两片计数器的置数控制端LOAD`（低电平有效），从而实现了计数器减计数至“00”状态瞬间完成置数的要求。
将数据输入端的8421BCD码置入计数器。
可以选择100以内的预置数值，实现0～100s内的计时显示要求。
图5信号灯计时显示逻辑电路
表274190功能表
（4）信号灯顺序定时置数逻辑电路为使系统简化，如上所述，用同一减法计数器分时显示主、支干道通行时间（即主、支干道绿灯亮的时间）和主支干道通行转换中黄灯亮的时间，为此，必须解决好按顺序定时置数问题。
（5）秒脉冲发生器
秒脉冲发生器可由555多谐振荡器构成，为简化电路，可直接选用秒脉冲信号源代替秒脉冲发生器。
555定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。
按其工艺分双极型和CMOS型两类，其应用非常广泛。
1．555定时器的组成和功能
图6—1555定时器组成框图
它的各个引脚功能如下：
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
3脚：
输出端Vo
2脚：
低触发端
6脚：
TH高触发端
4脚：
是直接清零端。
当
端接低电平，则时基电路不工作，此时不论
、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为
的情况下，555时基电路的功能表如表6—1示。
表6—1555定时器的功能表
清零端
高触发端TH
低触发端
Qn+1
放电管T
功能
0
0
导通
直接清零
1
0
导通
置0
1
1
截止
置1
1
Qn
不变
保持
图6秒脉冲发生器原理图
如图6所示，R6、C2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，C2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。
（6）顺序定时置数控制电路为了使顺序定时置数逻辑电路中的三片744665一次数序工作,并保证三片74465任何时刻只能有一片选通,其他两片输出端均处于高组态.需要设计顺序定时置数控制电路,图8交通信号灯自动指挥系统中与子电路”灯控逻辑”相连接的两个非门\一个或非门可实现这一功能.
二、单元电路的设计
表6.74LS163功能表
输入
输出
CRLDCTPCPTCPD0D1D2D3
Q0Q1Q2Q3
0×××↑××××
10××↑d0d1d2d3
1111↑××××
110×↑××××
11×0×××××
0000
d0d1d2d3
计数
保持
保持
其工作原理为：
由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CP分别送给两个74LS163的清零端2处。
如图所示：
输入端3.4.5.6分别接地.。
U1的7和10与U2的15相连。
.即：
只有当时15处产生一个高电平脉冲时才能触发U1中的14产生脉冲同时和U3A中的2下作用产生脉冲。
74LS00在ST中12.13共同作用下将信号11分别送给U1和U2的SR。
可以得到TY和TY非是秒脉冲的4倍；TL和TL非的结果是秒脉冲的24倍。
第五章总结
1、通过这次课程设计，加强了我的动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中，我总共想过两个方案，另一个弄了两天，结果总是实现不了题目的要求。
所以又花了两天的时间做出这个方案，这个方案相对比较简单，包括电路原理和连接，和芯片上的选择，这个方案总共用了6个芯片。
在设计过程中，经常会遇到这样的情况，就是心里老想着这样的解法可以行的通，但实际接上电路，总实现不了。
所以这几天不管做什么，脑子里总是想着如何解决这些问题，如何想出更好的连接方法。
功夫不负有心人，经过几天的思考，总算得到了想要的结果。
我懂得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，哪些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西，比如一些芯片的功能，平时看课本这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！
知识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，时间是检验真理的唯一标准，故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。
参考文献
《电子技术基础》（数字部分）康华光主编华中理工大学电子学教研室
《电子技术基础》（模拟部分）康华光主编华中理工大学电子学教研室
《现代电子技术实践课程指导》谢云易波主编机械工业出版社
《电子技术实验与课程设计》毕满清主编机械工业出版社
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