电子技术课程设计报告交通灯控制系统.docx
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电子技术课程设计报告交通灯控制系统
交通信号灯控制系统设计报告
一．实验目的
1.掌握综合应用数电理论知识和中规模集成电路设计方法
2.掌握调试及电路主要技术指标的测试方法。
3了解交通灯管理的基本工作原理。
二、交通灯控制器任务及要求
1、能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态
用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯。
2、能实现正常的到计时功能
用两组数码管作为东西和南北方向的到计时显示，主干道每次放行（绿灯）60秒，支干道每次放行（绿灯）45秒，在每次由绿灯变成红灯的转换过程中，要亮黄灯5秒作为过渡。
3、能实现特殊状态的功能（选做）
（1〉按sl键后，能实现特殊状态功能：
（2）显示到计时的两组数码管闪烁；
（3）计数器停止计数并保持在原来的状态：
（4）东西、南北、路口均显示红灯状态：
（5）特殊状态解除后能继续计数。
4、能实现总体清零功能：
按下该键后，系统实现总清零，计数器由初始状态计数，对应状态的指示灯亮。
5、完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的正确性。
三．比较和优选设计方案
1．方案1：
利用单片机来设计
1）显示界面
该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。
完全采用数码管显示。
这种方案虽只显示有限的符号和数码字苻，但是完全胜任题目要求。
2）输入：
题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理。
直接在IO口线上接上按键开关。
因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用四个按键，分别是K1、K2、K3、K4。
由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用。
3）输出：
控制发光二极管，来表示红绿灯的亮灭，及山烁。
系统由单片机系统、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。
方案2：
利用中规模集成芯片来实现。
其中信号灯的亮灭有三种可选方案：
1）利用74LS161：
2）利用存储器：
3）利用扭环循环控制。
方案选择：
由于这次实验是电工电子实验。
利用方案1不太满足要求。
方案2中利用扭环循环控制信号灯的亮灭，不容易实现特殊功能状态；利用存储器需要对芯片编码，有时会出现编码混乱的情况，这样会造成电路检测的不便。
因此选用161控制信号灯的亮灭，较为合适。
四．系统框图及说明：
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下图所示。
它主要由计时电路、主控电路、信号
灯转换器和脉冲信号发生器组成。
脉冲信号发生器用的是555定时器；计时计数器是由74LS192来完成、输出四组驱动信号T0和T3经信号灯转换器（4片7448）来控制数码显示器显示，主控电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。
2、信号灯转换器
两方向车道的交通灯的运行状态共有4种
，如图1-2所示
信号灯状态与车道运行状态如下：
S0：
支干道车道的绿灯亮，车道通行，主干道车道的红灯亮，车道禁止通行。
S1：
支干道车道的黄灯亮，车道缓行，主干道车道的红灯亮，车道禁止通行。
S2：
支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，主干道车道的绿灯亮，车道通行。
S3：
支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，主干道车道的黄灯亮，车道缓行。
G1=1：
主干道绿灯亮
Y1=1：
主干道车道黄灯亮
R1=1：
主干道车道红灯亮，
G2=1：
支干道车道绿灯亮
Y2=1：
支干道车道黄灯亮
R2=1：
支干道车道红灯亮，
显然，这是一个二位二进制计数器。
可采用中规模集成计数器74LS161加法计数器构成状态控制器，电路如图1-4。
图1-4用中规模集成计数器74LS161构成状态控制器
表一74LS161的功能表
3．状态译码器的设计
主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。
它们之间的关系见真值表1。
对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。
表1-2状态编码与信号灯关系表
状态控制器输出
主干道信号灯
支干道信号灯
QB
QA
R1
Y1
G1
R2
Y2
G2
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
电路接法如下：
现选择半导体发光二极管模拟交通灯，门电路输出高电平时，点亮相应的发光二极管。
4．主干道计时电路
1）原理：
通过74LS192（2片）采用串行异步整体置数级连和下一个状态的相应控制来分别实现60秒、5秒、50秒。
通过7448（2片）译码器和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。
2）.原器件的选择及参数：
若选集成计数器74LS192（2片），采用异步整体置数。
译码器7448（2片）、7段数码管（2个）等。
表1-37448状态表
注：
本系统设计用的是74LS19
2计数器（0-9），因此7447的后面几个状态没必要写出。
表1-4状态编码与时间关系表
开关（s）
A
B
C
时间（T）
1
1
0
0
60
2
0
1
0
5
3
0
0
1
50
3）.电路接法如下：
注：
此分电路很重要、尤其在对时间的控制上、红灯显示时间=支干道绿灯显示时间+支干道黄灯显示时间、否则会出现交通混乱现象。
另外、3个开关（s1,s2,s3）在分图的连接中作为选择时间，而在总图中，应该连接到相应的显示灯上。
5．支干道计时电路
1）原理：
通过74LS192（2片）采用串行异步整体置数级连和下一个状态的相应控制来
分别实现45秒、5秒、65秒。
通过7448（2片）译码器
和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。
2）.原器件的选择及参数：
若选集成计数器74192（2片），采用异步整体置数。
译码器7448（2片）、7段数码管（2个）等。
基本上与主干道计时电路一样。
3）.电路接法如下：
注意：
十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观
地把握时间。
具体为：
当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然
后以每秒减1，计数方式工作，直至减到数为“０”，
十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步
某方向的工作循环。
倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。
预置数（即车的通行时间）功能：
红绿灯接
分别接十位数74192芯片的D、C、B、A端和个位数74192芯片
的D、C、B、A端。
6．.秒脉冲发生器
产生秒信号的电路有多种形式，由于电路对脉冲的精确度要求不是很高而晶体振荡需要分频,所以图7是利用555定时器组成的秒信号发生器。
因为该电路输出脉冲的周期为：
。
若T=1S，令C=10
，R1=39K
，则
。
取固定电阻
与
的电位器相串联代替电阻R2。
在调试电路时，调试电位器RP，使输出脉冲为1s。
表三555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8秒脉冲发生器原理图
7.定时系统
本次设计需要设定45，65，5，50，60秒五个不同的时间，由于74LS192本身具有异步置数的功能，所以本次设计直接利用状态控制器的脉冲，用主支干道的信号进行置数，节省了信号的传输时间。
表四减法计数器74LS192的功能表
图9减法计数器的置数示意图
计数器的置数示意图
8.数字译码管的显示电路
本次设计采用74LS48共阴极驱动数码管，节省了电阻的使用。
9.紧急状态运行电路
在任何情况下按下紧急开关，四个方向的交通灯只有红灯亮，并且数码管停止倒计时，整个系统处于暂停状态。
弹开开关，交通信号系统恢复正常，数字显示继续倒计时计数。
原理分析：
紧急开关的有效端直接接入红灯二极管的阴极，其他灯分别接入与非门控制。
另一端通过与门接入倒计时74LS192的减计数脉冲输入端，控制芯片的工作状态。
10．整个交通灯控制系统的布局
五、调试过程实现及设计功能实现
1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器，6个交通灯。
但由于每2个时间显示器是由同一个倒计时计数器控制，为了简化电路使画图看起来更加清晰，就只接了1个时间显示器。
2．在做实验之前，我便把电路图接好了。
实验时，先检查需要的元件是否齐全。
并了解熟悉工具的使用。
3．检测元器件是否可以使用。
为了避免整个电路图连好后检测的困难，我们通过边连接边检测的方法，这样可以做到每一块的电路连接的成功。
为以后的检测提供了良好的条件。
4．有时因为芯片的端口接线的不正确，使检测时一时不知问题出在哪里，后经过仔细检查，才发现问题。
5本来我想的是74LS161芯片的输出端的00-01-10-11状态分别控制主干道绿灯、黄灯、红灯、红灯。
但是测试的时候总是不能实现绿灯亮60s黄灯亮5s的状态。
后来发现是74LS192的置数允许端的信号置前于74LS161芯片的脉冲端。
最后，只有改变信号灯的控制状态了。
用74LS161芯片的输出端的00-01-10-11状态分别控制主干道红灯、绿灯、黄灯、红灯。
支干道也是同理的改变了原来的接法。
6原来使用2个LS192的八个输出端接或门控制置数端，后来发现可以利用该芯片的借位输出端接或门来实现不同的进制状态。
节省了不少的连线。
7由于实验板上有点脉冲输出，我们便借用了一下，从而轻易的实现了系统的清零功能。
六、结果分析
（1）实验时，有时轻微的震动会引起数码管的显示发生变化，经过检测发现是电线或是芯片没有接好。
接好后，系统能够正常工作。
（2）由于在连接时我们便在一直检测着电路，因此线路接好后的检测很顺利。
检测后发现我们的系统完全能够达到实验的要求。
七、心得体会
1、通过这次课程设计，加强了我动手、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，另一个方案弄了两天，结果总是实现不了题目的要求。
所以我又花了一天的时间做出这个方案，这个相对另一个方案比较简单，包括电路原理和连接，和芯片上的选择。
2、在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。
所以这几天不管是吃饭还是睡觉，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。
不过说也奇怪，整天想着这些问题，脑子和身体却一点都不会觉得累。
或许是那种渴望得到知识的欲念
把疲劳赶到九宵云外去了吧！
3、我觉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，那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！
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践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。
八、参考文献
1电子技术基础（数字部分）,康华光主编.第四版.北京:
高等教育出版社.
2数字逻辑电路设计与实验,绳广基编著.上海交通大学出版社,
3电子技术基础课程设计,粱宗善.华中理工大学出版社
4电子技术基础实验与课程设计,高吉祥主编.电子工业出版社
5陈明义，宋学瑞编．电子课程技术实用教程中南大学出版社
6陈明义编．数字电子技术基础中南大学出版社
附：
元件清单
种类标号
名称
类型
数量
1
共阴极七数码管
LS543
4
2
共阴极BCD码七段译码器
74LS48
4
3
可预置同步加减计数器
74LS192
4
4
555定时器
NE555
2
5
集成同步加法计数器
74LS161
1
6
四—2输与门
74LS08
4
7
四—2输入或门
74LS32
4
8
六反相器
74LS04
1
9
电阻
200Ω
3
10
电阻
47ΚΩ
4
11
电容
10μf
2
12
电容
0.01μf
2
13
发光二极管
红色
2
14
发光二极管
黄色
2
15
发光二极管
绿色
2
16
按钮开关
1
17
点触式开关
1
18
导线
若干
附：
实验连接电路图实拍
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