数电交通灯课程设计报告.docx
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数电交通灯课程设计报告
数字电子技术实训报告
设计课题：
交通灯控制电路
小组成员：
王保坤，胡盛伟，李文强，姜驰
班级：
10电42
学院：
电气工程及自动化
目录
一设计总体思路及框图
二各单元电路及说明
●秒脉冲信号发生器与分频电路
●绿、黄和红灯控制电路
●数字显示电路
三总电路图
四设计总结与体会
五附录（器件清单）
六参考文献
交通灯逻辑控制电路设计
一设计总体思路及框图
交通灯在实际应用当中，红灯亮时，禁止通行；绿灯亮时，则允许通行；黄灯亮时，则提示司机将行驶中的车辆减速并准备停下来。
一般交通灯控制电路主要由定时器、控制器、译码和显示几个部分组成。
设计十字交叉路口的两条道路分别为东西向和南北向，东西向和南北向的红、绿、黄三色信号灯是相互关联的。
分析交通灯的点亮规则，可以归结为：
东西向绿灯亮时，南北向红灯亮；东西向黄灯亮时，南北向红灯还要亮；东西向红灯亮时，南北向绿灯亮，或者南北向黄灯亮。
因此，可以得到其工作时序，即南北向红灯亮的时间是东西向绿灯和黄灯亮的时间之和；东西向红灯亮的时间是南北向绿灯和黄灯亮的时间之和；东西向、南北向的红灯、绿灯和黄灯不能同时亮。
根据设计任务和要求，而确定交通灯控制器电路的系统工作框图如下1-1。
通过主控制计数器（74LS164）控制电路的运作和红绿黄灯三种信号灯的转换，用两条Q4Q5输出取四种状态。
秒脉冲发生器产生整个系统的脉冲，通过四片减法计数器（74LS192）达到控制东西方向和南北方向每种工作状态的持续时间的十位和个位。
减法计数器的借位端为主控制电路翻转的脉冲信号来完成状态的改变，同时主控制电路的输出状态又控制了减法计数器的下次计数的初值。
采用译码器（74LS48）译码。
减法计数器的十位和个位分别接译码器和静态数码管来显示时间的倒计时。
系统工作框图
图1-1总框图
二各单元电路及说明
●秒脉冲信号发生器与分频电路
设绿、黄、红灯亮的时间分别为20S、4S、24S，因为它们的时间之比为5：
1:
6，可以利用4S作为一个状态单位，每次工作状态的循环周期为12。
秒脉冲信号发生器可以用555定时器电路构成，根据1S的周期设计RC的参数。
为了表示12种状态，选用74LS164八位移位寄存器组成扭环形十二进制计数器。
Q4/Q5作为输出信号，通过逻辑电路控制LED组成的交通灯。
定时电路如图2-1所示。
秒脉冲分频电路，由74LS74构成，秒脉冲信号经过4分频电路形成周期为4S的脉冲信号，并将其作为一个单位时间连续后续的控制电路。
秒脉冲信号用于计数电路的时钟脉冲，另外也可以控制信号灯（如黄灯）的闪烁。
秒脉冲分频电路如图2-2所示。
图2-1定时电路
计算555定时器的RC参数，连接电路并调试，在输出端（3脚）测量脉冲信号，要求4S输出一个脉冲信号。
在74LS164连接时，其第2脚、第9脚接高电位。
表2-1是结合74LS164八位移位寄存器组成的扭环形十二进制计数器时的输出一两个路口的红、绿、黄三色信号灯的工作状态，所设计出的计数器的输出及交通灯状态表，规定交通灯亮为1，不亮为0。
表2-1计数器输出及交通灯状态表
CP
计数器输出
东西方向
南北方向
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
绿
黄
红
绿
黄
红
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
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10
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0
0
1
11
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
由表2-1可得的逻辑表达式为：
东西（绿）=Q4Q5，东西（黄）=Q4’Q5，东西（红）=Q5’，南北（绿）=Q4’Q5’，南北（黄）=Q4Q5’，南北（红）=Q5。
图2-2秒脉冲分频电路
●绿、黄和红灯控制电路
图2-3是交通灯控制电路，控制器由74LS164移位寄存器组成环形计数器，经过74LS08和74LS04组成的译码电路，输出十字路口南北、东西两个方向的绿、黄和红灯的控制信号。
南北方向的黄灯、红灯的控制信号同时输出A、B控制信号，控制东西方向的计时显示；东西方向黄灯、红灯的控制信号也同时输出C、D控制信号，控制南北方向的计时显示。
电路设计的要点是主控电路，主控电路的输入来自24S、20S、4S三个定时信号。
它的输出一方面经译码后分别控制东西、南北两条道路的个单个信号灯，另一方面控制时间显示电路的启动。
显示部分实际是一个计数控制电路，如绿灯亮时，使减计数器开始工作，每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为0。
计数器通过BCD-七段译码器和LED显示器，显示当前数值。
图2-3绿、黄和红灯控制电路
●数字显示电路
图2-4是交通灯数字时间显示电路，计数器采用可预置加/减法计数器74LS192；译码部分采用带驱动的BCD-七段译码器74LS48，显示器用共阴极LED显示器。
当南北方向绿灯亮而东西方向红灯亮时，使南北方向的74LS192以减法计数器方式工作，从数字24（已经设定）开始往下减，当减到4时，南北方向绿灯灭、黄灯亮，东西方向红灯仍然亮；当减到0时，南北方向黄灯灭、红灯亮，而东西方向红灯灭、绿灯亮。
由于东西方向红灯灭信号，使“与”门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮，使东西方向减法计数器开始工作。
在减法计数器计数之前，由黄灯亮信号使剑法计数器先置入数据，图中74LS192的11脚LD’信号，黄灯亮（为高电平）时，通过“非”门（变为低电平）置入；黄灯灭时，红灯亮并开始减计数。
连接电路时，高位74LS192的D0、D1和D3接地，D2接高电平；低位74LS192的D0、D2和D3接地，D1接高电平，形成24的BCD码。
七段用共阴极LED显示器要接限流电阻，可以根据该器件要求计算出电阻的阻值。
通过各芯片的综合使用，来实现显示功能。
图2-4数字显示电路
三总电路图
图2-5总电路图
四设计体会
在本次实训中，我们组选定了一个实用性极强的有趣课题——交通灯控制电路。
起先，我们认为日常生活中常见的交通灯应该并不困难，很快就能完成，然而经过反复讨论，细心思考之后，我们发现了很多难点。
比如555定时器产生的脉冲时间不易于调节准确，数码管显示电路线路链接复杂、焊接困难等等。
于是我们静下心来，打算温故下数字电路的课本及相关的参考书，花了好长时间才进入状态。
然后参仔细认真分析了下题目，照参考书上的例题，了解一般电路的分析和设计，掌握一些常用重要芯片的用法和工作原理。
然后采用把整个设计化为小模块的方法，写真值表，列表达式，化整为零的方法来设计。
一个个模块相继慢慢完成，最后考虑怎么相连整合成整个设计电路。
联想以前老师上课时的要求和注意事项，给设计还是提供了很大的帮助。
碰到没有见过或用法说明不清楚的芯片时，只能自己查阅资料，搜集管脚图，即学即用。
这样让我对芯片的特性和用法，功能等有了深刻的记忆及应用。
虽然后来设计仿真出来了，但接线过程中还是碰到了一些困难。
如线太少，电路板有损坏，插孔大容易接触不良，接线很多容易出错等各种各样的小问题都可能引起电路达不到预期的结果。
这次课程设计既考验了我们对课本理论知识的掌握，也考察了我们的动手和分析能力，掌握集成芯片的使用，拓展我们多方面的思维。
不仅要学习一般设计的方法及思路，也要在不断遇到问题，分析系统电路和实际问题，通过查资料，请教老师和同学讨论等途径解决实际问题。
也培养了我们严谨细心的态度，因为一不留心接线就会出错。
学了一个学期的《数字电子技术基础》课程，直到这次课程设计时，才发现，原来自己掌握的知识那么有限，能够运用到实际中的知识更是少之又少。
平时，我们都只是学习原理知识，但是没有进行实践。
课本知识固然重要，但是实践环节也是不可或缺的环节。
许多知识学了就忘，很难将它们长期的保存在脑海中。
通过这次实训，对于数电这门学科中部分芯片的功能和使用方法理解的更加深刻了，复习并强化了数电知识，也一定程度上训练了自己的思考能力和团队意识，也提高了实际操作能力。
感谢各位老师热情的帮助和专业的辅导，帮助我们顺利完成实训，也为实训过程增加了乐趣。
五附录（器件清单）
NE555芯片x174LS192x4
5.1k电阻x274LS04x1
330Ω电阻x6红色发光二级管x2
100uF电容x2黄色发光二级管x2
74LS74x1绿色发光二级管x2
74LS08x2共阴极数码管x4
74LS48x25V直流电源
74LS164x1导线若干
印刷电路板
六参考文献
【1】《新颖实用电子设计与制作》杨振红，雷光艳西安电子科技大学出版社2000年
【2】《电子电路设计与实践》周文良
国防出版社2010年
【3】《数字电子技术基础》阎石高等教育出版社
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