交通灯设计分析报告.docx

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交通灯设计分析报告

西安邮电学院

电子设计报告书

——交通灯控制器

学院名称

：

通信与信息工程学院

学生姓名

：

顾宝亮（08）

专业名称

：

通信工程系

班级

：

通工0909

实习时间

：

2011年12月5日——2011年12月16日

一.设计题目：

交通灯控制灯

交通灯控制器是可以自动控制交通灯，并以倒计时的方式显示出时间，方便行人和车辆在通行时有条不紊的通行，达到交通井然有序，出行人员安全快捷的到达目的地的效果。

本次实验的就是想通过这样的一个实例，来结合数字电路课程的学习共同实现这样的一个应用工具，达到理论和实践相结合的目的。

二任务和要求

红绿灯交通信号系统外观示意图如图1所示。

设计一个十字路口控制交通秩序的交通灯，满足以下条件：

1.显示顺序为其中一组方向是绿、黄、红；另一方向是红、绿、黄。

设置一组数码管以倒计时的方式显示语序通行或禁止通行时间，其中支通道绿灯的

20s，另一个方向上主通道的绿灯亮的时间是30s，黄灯亮的时间都是5s.

2.选做：

当任何一个方向出现特殊情况，按下手动开关，其中一个方向通行，倒计时停止，当特殊情况结束后，按下自动控制开关恢复正常状态。

三、总体方案

在一个有主、支干道的十字路口，主、支干道各设置一组红、黄、绿三色的交通灯。

红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。

在绿灯变为红灯之前，黄灯先亮5秒，以提示未通行的车辆准备停车。

由于主干道车辆较多，所以要求主干道处于通行状态的时间长一些，设为30秒；而支干道通行时间为20秒。

（1）主要功能为：

1.实现红绿灯的交通管制功能；

2.在红绿灯交换的前5秒，由黄灯提示司机注意，准备停车，且此时绿灯熄灭；

3.可适应主次干道不同的车流量的需要，拟设计主干道的车辆通行时间为30秒，支干道的车辆通行时间为20秒；

4.采用倒计时的方式，提示司机剩余时间。

（2）简单原理如下：

由555时钟信号发生电路产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置计时工作稳定进行。

用一片74LS161作为计数器，将其输出端通过非门与74LS48相连后，把74LS48输出端连到数码管上，实现倒计时。

用另外一片74LS161作为状态控制器，控制状态变量Q2Q1的变化，即实现变化：

00-01-10-11，从而使计数器实现模10、模2、模5的转化。

六个灯与由状态控制器控制的74LS74的输出端通过门电路直接相连。

（3）总体方案原理图

在电路中，555时钟信号发生器产生一个以秒为单位的CP脉冲，计数器74LS161接受CP脉冲，实现同步计时。

通过非门连接计数器输出端与译码驱动电路，在数码管上显示倒计时。

将两片计数器的进位输出RCO取反用以控制其自身循环置数，又两片进位输出RCO与后状态控制器74LS161的脉冲信号，由此，状态从00变至01，历时30s；从01至10，历时5s；从10至11，历时20s；再从11变至00，历时5s，依次循环。

状态不同，计数器置数和红绿灯如何显示不同；计数器置数不同，则模值不同，状态改变时间也不同。

然后状态控制电路74LS161控制计时电路74LS161的输入端。

当状态控制电路的输出Q1Q0为00时实现模30的计数器，此时主干道的绿灯和支干道的红灯亮；为01时实现模5计数器，此时主干道的黄灯和支干道的红灯亮；为10时实现模20的计数器，此时主干道的红灯和支干道的绿灯亮；为11时实现模5的计数器，此时主干道的红灯和次干道的黄灯亮；然后Q1、Q0再回到00状态，这样就实现了交通灯的循环且实现了主支干道通车时间不同的功能。

（1）.Q1Q0为00时，主干道绿灯与支干道红灯亮，即：

AG、BR，时间持续30s；

（2）.Q1Q0为01时，主干道黄灯与支干道红灯亮，即：

AY、BR，时间持续5s；

（3）.Q1Q00为10时，主干道红灯与支干道绿灯亮，即：

AR、BG，时间持续20s；

（4）.Q1Q00为11时，主干道红灯与支干道黄灯亮，即：

AR、BY，时间持续5s；

四个状态以00-01-10-11的顺序循环出现。

其工作流程图如图：

四、单元电路的设计：

（1）时钟脉冲产生电路：

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

用555芯片按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生周期不同的脉冲信号，即不同的频率的脉冲。

脉冲电路图：

555芯片一片、4.7u和0.1u的电容、4.7k、和150k电阻

（2）计时控制电路：

利用系统的状态量Q1、Q0分别控制计数两片74LS161的置数端D0，D1，D2，D3和D'0,D'1,D'2，D'3。

当系统状态处在AGBR时，进制是模30，低位有效状态为0110，0111，1000，……1111，高位有效状态为1101,1110,1111，低位置为0110；高位置1101，当系统处在ARBG时，进制是模20，低位有效状态为0110，0111，1000，……1111，高位有效状态为1101,1111，低位置为0111，高位置1110；当系统处在AYBR或ARBY时，进制是模5，低位有效状态为1011，1100，，1101,1110,1111，高位没有有效状态，低位置为1011，高位置1111:

；由此有：

状态控制器输出

计时电路置数

低位

高位

Q1

Q0

D3

D2

D1

D0

D'3

D'2

D'1

Q'0

0

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

所以有：

D3=Q0D2=/Q2D1=1D0=Q0

D'3=1D'2=1D'1=Q0+Q1Q'0=Q0+/Q1

注：

符号“/”代表逻辑非

按照上述函数表达式将代表状态的信号分别连接至计数器低位置数端D3、D2、D1、D0和高位置数端D'3,D'2,D'1,D'0上，通过状态变量控制置数。

并将L两计数器高位进位RCO通过非门连至其同步置数端LOAD上，即：

当此次计数至1111时，再接受一个脉冲信号，RCO由0变为1，同时，LOAD由1变为0，在脉冲到来时开始下一次置数。

再将低位片的CP和高位片的LOAD上。

使用主要器件：

74LS161、74LS04。

（3）主控电路

将控制状态的74LS161的所有置数端接地，即置零，把高位和低位计数器的高位进位通过与门后作为状态控制器的脉冲信号，当每次计数器计到1111后，计数器的RCO将由0变为1，产生一个上升沿。

由于要通过此片74LS161实现状态变化：

00-01-10-11，因此再将其输出Q1与Q0通过与非门连至本芯片同步置数端LOAD上。

再用门电路，依据D3、D2、D1、D0的函数表达式，把状态控制器的输出Q1、Q0与计数器的置数端相连接，实现状态控制器与计数器相互控制。

如图：

（4）.交通信号显示电路

红绿灯显示所代表的状态，同样与状态控制电路的状态一一对应，即主控电路的输出Q1和Q0决定了主干道和支干道的红绿灯的亮灭情况。

如灯亮用“1”表示，灯灭用“0”表示，则有表：

状态控制器输出

主干道信号灯

支干道信号灯

Q1

Q0

AR

AY

AG

BR

BY

BG

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

（5）.倒计时

当每一状态发生变化时，置入的数据将同时改变，通过非门连接，将计数器输出信号加至七段数码管译码驱动器74LS48上，然后把74LS48的输出接到数码管上，在数码管上显示倒计的秒数，具体显示如表2：

表2

Q1Q0

主干道

支干道

00

绿灯29-0

红灯（30秒）

01

黄灯4-0

红灯（5秒）

10

红灯19-0

绿灯（20秒）

11

红灯4-0

黄灯（5秒）

使用主要器件：

74LS48、74LS04、数码管、限流保护电阻。

五总体电路图

六心得体会

在本次课程设计中，我主要认识到如下几个问题：

1.理论知识与实际操作存在差异，如利用555构成多谐振荡器时，将器件参数套用公式进行理论计算得到周期T=1s，但在实际操作时发现此处存在较大误差，周期明显小于1s；又如理论规定逻辑高电平和逻辑低电平分别为3V和0.35V，但实际操作中发现一般大于2.5V的电平均可看作高电平，不会出现逻辑错误，而低电平上限也可达到0.5V左右。

2.数字电路与逻辑设计的课程学习过程中，过多的偏重于电路逻辑功能的设计，考虑其实际实现则较少，比如芯片的稳定性、带载能力，工作环境等问题在设计中都没有考虑，很多设计在实验室环境下虽然可以正常工作，但不适宜投入生产。

3.排除故障的能力和设计电路的能力同样重要。

在此次课程设计中，很多同学在设计和连接电路上花费的时间并不多，但却把大量的时间耗费在检查故障上，经常还会因为查不出故障或无法解决故障重新连接电路。

我觉得在日常生活和实际生产中，需要解除故障的地方远比设计电路要多，从一次实验中发现故障，逐步摸索排除故障的方法和技巧是极为重要的。

我在排除电路的故障中逐步掌握了电平高低的检测技巧和根据信号流向检查故障的方法，并对万用表的使用技巧有了更深入的实践和学习。

西安邮电学院电子设计成绩鉴定表

学生姓名

顾宝亮

班级/学号

03091327（08）

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

2010年12月20日—2010年12月31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

薛延侠

职称

副教授

成绩

评语

评阅教师签字

年月日