交通灯数电课程设计.docx
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交通灯数电课程设计
电子技术
课程设计
成绩评定表
设计课题：
交通灯控制逻辑电路设计
学院名称：
电气工程学院
专业班级：
电气1402
学生姓名：
学号：
***********************************
设计地点：
31-225
设计时间：
2015-6-28～2015-7-3
指导教师意见：
成绩:
签名：
年月日
电子技术
课程设计
课程设计名称：
交通灯控制逻辑电路设计
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
课程设计地点：
31-225
课程设计时间：
2015-6-28～2015-7-3
电子技术课程设计任务书
学生姓名
专业班级
学号
题目
交通灯控制逻辑电路设计
课题性质
工程设计
课题来源
自拟
指导教师
刘林芝
主要内容
（参数）
设计一个交通灯控制逻辑电路设计，具体指标如下：
（1）主、支干道交替通行，通行时间均可在0~99s内任意设定；
（2）当某干道绿灯转黄灯时，另一干道红灯按1Hz频率闪烁；
（3）主、支干道黄灯亮的时间相同，均可在0~99s内任意设定；
（4）主、支干道通行时间，与黄灯亮的时间均由同一计数器以秒为单位做减计数；
（5）计数状态由数码管显示，红、黄、绿三色信号灯由发光二极管模拟。
任务要求
（进度）
第1-2天：
熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。
第3-4天：
按照确定的方案设计单元电路。
要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。
第5-6天：
撰写课程设计报告。
要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。
主要参考
资料
[1]康华光．电子技术基础（模拟部分）（第5版）[M]．北京：
高等教育出版社，2004
[2]阎石．数字电子技术基础（第5版）[M]．北京：
高等教育出版社，2006
[3]陈光明.电子技术书课程设计与综合实训[M]．北京航空航天出版社.2007
审查意见
系（教研室）主任签字：
年月日
1、绪论4
2、实验目的4
3、实验内容及要求4
4、使用元件5
5、总体方案的设计5
题目：
交通灯控制器
1、绪论
现如今，随着人口和汽车的日益增长，城市交通日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。
因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。
交通信号灯常用于十字路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。
有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。
自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。
尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。
本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。
因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。
2、实验目的
1.综合应用数字电路知识设计一个交通灯控制器。
了解各种元器件
的原理及其应用，锻炼自己的动手能力和实际解决问题的能力。
2.深入了解交通灯的工作原理。
3、实验内容及要求
设计一个交通灯控制逻辑电路设计，具体指标如下：
（1）主、支干道交替通行，通行时间均可在0~99s内任意设定；
（2）当某干道绿灯转黄灯时，另一干道红灯按1Hz频率闪烁；
（3）主、支干道黄灯亮的时间相同，均可在0~99s内任意设定；
（4）主、支干道通行时间，与黄灯亮的时间均由同一计数器以秒为单位做减计数；
（5）计数状态由数码管显示，红、黄、绿三色信号灯由发光二极管模拟。
具体设计：
1）在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一个方向是绿灯，黄灯，红灯，另一方面是红灯，绿灯，黄灯。
2）设置一组数码管，以计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上绿灯亮的时间为20秒，另一个方向上绿灯亮的时间是30秒，黄灯亮的时间都是5秒。
3）当任何一个方向出现特殊情况，按下手动开关，其中一个方向常通行，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。
4、使用元件
表1.1元件表
器件型号
数量
器件型号
数量
161
2
LED
6
08
2
电阻4.7K
1
04
3
电阻150K
1
00
1
电阻100欧姆
1
48
2
电容4.7uF
1
74
1
电容103
1
555
1
数码管
2
面包板
1
斜口钳
1
5、总体方案的设计
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图所示。
它主要由控制器、定时器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器，数码管和二极管的工作。
图1.1控制流程图
（1）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。
（2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。
表示主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，支干道禁止通行。
（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。
（4）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。
表示主干道禁止通行，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。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。
设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示：
表1.2控制器的工作状态及功能表
控制状态
信号灯状态
车道运行状态
S0（00）
主绿，支红
主干道通行，支干道禁止通行
S1（01）
主黄，支红
主干道缓行，支干道禁止通行
S3（11）
主红，支绿
主干道禁止通行，支干道通行
S2（10）
主红，支黄
主干道禁止通行，支干道缓行
6、单元电路的设计
6.1秒脉冲产生电路
通过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方波脉冲，即不同的频率脉冲。
课程设计需要秒脉冲，利用2个电容，2个电阻。
脉冲产生
图1.2秒脉冲产生电路图
主控电路
在设计要求中要实现四种状态的自动转换，首先要把这四种状态以数字的形态表示出来。
可以两位二进制数表示所需状态（00—Gr,01—Yr,11—Rg,10—Ry）,循环状态：
（00—01—11—10—00）
数字电路课程中介绍的计数器就是通过有限几个不同状态之间的循环实现不同模值计数，由此设计一模值为4的计数器，其输出（代表不同状态）既可以循环转换，而且能够控制其他部分电路。
在课程设计中利用74LS74（双上升沿D触发器）设计模4计数器作为主控部分电路。
主控电路：
图1.3主控电路图
6.3红绿灯（发光二极管）显示部分
红绿灯显示是表示电路所处状态，受到主控电路控制，即主控电路的输出（A和B）决定了主干道和支干道的红绿灯的亮灭情况。
如亮用1表示，灭用0表示，则有，
表1.3工作状态转换表
A
B
主红（R）
主黄（Y）
主绿（G）
支红（r）
支黄（y）
支绿（g）
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
所以，R=AY=~ABG=~A~B
r=~Ay=A~Bg=AB
红绿灯显示电路接线如下:
图1.4红绿灯显示电路接线图
6.4计时部分电路
计时器状态产生模块：
设计要求对不同的状态维持的时间不同，而且要以十进制倒计时显示出来。
采用两个74LS161完成计时器状态产生模块设计。
设计思路：
要以十进制输出，而又有一些状态维持时间超过10秒，则必须用两个74LS161分别产生个位和十位的数字信号。
显然，计数器能够完成计时功能，我们可以用74LS161设计，并把它的时钟cp接秒脉冲。
74LS161计数器是采用加法计数，要想倒计时，则在74LS161输出的信号必须经过非门处理后才能接入数码管的驱动74LS48，而在显示是以0---9显示计时，故在设计不同模值计数器确定有效状态时，以0000，0001，0010-----1111这些状态中靠后的状态为有效状态。
例如：
有效状态1011—1100—1101—1110—1111
取非0100—0011—0010—0001—0000
即4------3-------2--------1---------0
实现模5的倒计时。
1.首先对控制个位输出的74LS161设计
按要求对系统的状态不同，个位的进制也就要求不同。
利用系统的状态量A,B控制74LS161的置数端D0D1D2D3。
当系统处在Gr或Rg状态时，个位的进制是十（模10），即逢十进一，当系统处在Yr或Ry状态时，个位的进制是五（模5），即逢五进一，模10时，有效状态为0110，0111，1000，-----1111，置D3D2D1D0为0110，模5时有效状态为1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D为1011，由此有，
表1.5个位74LS161状态转换表
A
B
D3
D2
D1
D0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
D0=D3＝~（~Y~y）D2=~（~G~g）D1=1
当状态为1111时，74LS161的状态必须跳到进入下一个循环，此时进位输出为1，把它的CO非接入置数端[LD]。
2.再对控制十位输出的74LS161设计。
同设计控制个位输出的74LS161基本类似，用系统状态量A,B控制十位74LS161的置数端D3D2D1D0。
当系统处于Gr状态时置D3D2D1D0为1101，当系统处于Yr或Ry时置D3D2D1D0为1111，当系统处于Rg时置D3D2D1D0为1110，有，
表1.6十位74LS161状态转换表
A
B
D3
D2
D1
D0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
D3=D2=1D1=A+B=~GD0=~A+~B=~g
同理我们将CO2非接入置数端[LD]
对一些级联的处理
当计数超过10秒时，个位需向十位进位，此时十位计数，其它时间其保持不变，通过控制十位的CLK端实现这一功能，个位的CO1非连接十位的CLK端，当个位需进位，即完成一次循环，CO1为1，则十位有脉冲,十位开始计数，其他时刻CO1=0,十位没有脉冲，十位保持。
设计时把CO1,CO2的与接入主控电路的双上升沿D触发器的cp，当完成一次计时，个位和十位同时完成循环，此时CO1=CO2=1,（其它时刻为0）cp出现一上升沿，触发器计时，即系统跳到下一个状态，计时器开始下一次计时。
图1.5计数及数码显示部分电路图
7、总系统电路图（附后面）
图1.6总原理图
8、心得体会及分析
对我来说，这次课程设计经历不仅巩固了我的数电知识，提升了我用理论解决实际问题的能力，更锻炼了我在错误中学习的不断改进的学习方法。
的确，理论上分析可行的在实践中却无法达到预期的效果，这就需要我们能够学会查找错误的原因。
查错的方法有很多，其中最重要的是画出原理图，应用模拟电路，应用万能表测量芯片各个管教的电压、电流、电阻等一系列电器参数是否正确。
出现了错误，不要乱了阵脚，只要有步骤的进行检查，查出错误是不难的。
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，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和芯片上的选择。
这个方案总共使用了74LS248，CD4510各两个，74LS04，74LS08，74LS20，74LS74，NE555定时器各一个。
对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
[1]康华光．电子技术基础（模拟部分）（第5版）[M]．北京：
高等教育出版社，2004
[2]阎石．数字电子技术基础（第5版）[M]．北京：
高等教育出版社，2006
[3]陈光明.电子技术书课程设计与综合实训[M]．北京航空航天出版社.2007
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