数电课设交通灯.docx
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数电课设交通灯
1．设计任务-1-
2.总体设计方案-1-
2.1总述：
-1-
2.2设计思路：
-2-
2.3设计总框图如下：
-3-
3.模块电路设计-4-
3.1秒脉冲发生模块-4-
3.2数码管显示模块-4-
3.3led发光电路-5-
3.4主控电路-6-
3.5交通信号灯电路-9-
4．原理总图-9-
5．元器件清单-10-
6．调试-10-
7.心得体会-10-
8．参考文献-11-
1．设计任务
1．设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。
红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。
具体要求如下：
（1）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。
（2）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。
可用逻辑开关作主支干道检测车辆是否到来的的信号。
（3）主支干道交替允许通行。
主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。
（4）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。
（5）设置45秒、25秒计时、5秒计时显示电路。
2．提示：
设计时先用仿真软件Multisim测试设计电路是否正确，无误再制作实际电路。
3．参考元器件：
74HC160/190，74HC161，74HC00，74HC08，74HC20，74HC153，74HC138/139，CD4511，CD4060/NE555等。
2.总体设计方案
2.1总述：
本次课程设计这样实现交通灯的控制，交通灯是交通安全的关键，已经广泛用于城乡的十字路口，它的正常工作是交通秩序能够正常进行的有力保障，为了确保十字路口的车辆顺利通行，往往都采用自动控制信号灯来进行指挥。
其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。
本次设计主要分为两种情况：
支干道有车和支干道无车。
整个交通灯控制系统由led灯显示模块，循环控制模块，置数与数码管显示模块和秒脉冲发生模块组成。
图1支干道有车
图2支干道没车
2.2设计思路：
由一片74hc161控制交通显示红绿灯的交替循环，共有四个状态，主干道绿灯亮同时支干道红灯亮，主干道黄灯亮同时支干道红灯亮，主干道红灯亮同时支干道绿灯亮，主干道红灯亮同时支干道黄灯亮；同时两片74hc160加法计数器，高片和低片分别和七段显示译码管的十位和个位相连，通过预置数，实现数码显示；计数时间通过555定时器产生的秒脉冲来实现，各模块之间通过逻辑门来连接。
此外，在实现支干道有无车时，增加了手动复位按钮。
①系统中要求有45秒，25秒和5秒的三种定时信号，设计三种相应的计时显示器电路。
计时顺序用顺计时。
定时的起始信号由主控电路给出，定时时间结束的信号也输入主控电路，并通过主控电路去开启和关闭种交通灯或启动另一种计时电路。
②系统要求定时显示电路的输入信号为秒脉冲信号，设计一个可以实现秒脉冲输出的时基电路。
③主控电路是整个电路的核心，它的输入信号来自45秒，25秒，5秒三个定时信号。
主控电路可以控制各种交通灯的开启和关闭，并反馈信号给计时电路，触发与亮着的信号灯相应的定时电路，使其顺时显示相应时间。
2.3设计总框图如下：
图3交通信号灯控制的总原理框图
绿
红
黄
红
黄
绿
红
黄
红
绿
绿
黄
图4模拟十字路口实际情况
3.模块电路设计
3.1秒脉冲发生模块
脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器，因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器，且其对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。
555定时器组成的秒脉冲CP1的周期为：
T≈0.7（R1+2*R2）*C,若T=1.0s，令C1=10uF,C2=0.01uF,R1=47kΩ,R2=47kΩ。
根据计算结果，脉冲发生器设计如图5：
它向计数电路提供的秒计时CP脉冲。
图5秒脉冲发生器原理图
3.2数码管显示模块
此模块由共阴极七段显示译码管、CD4511做译码器中间通过330Ω的电阻相连组成。
主要是通过预置给74hc160的三个数45、5、25，再利用74hc160的计数功能计上述的三个数，从而实现数码管的译码、显示。
这里硬件电路采用的是七段显示共阴管，每一个数码管配备七个限流电阻，保护其可以正常工作。
图6数码管显示电路
3.3led发光电路
交通信号灯采用红、黄、绿三种颜色的发光二极管，共阳极接法，串联入保护电阻，避免电流过大对二级管造成损坏。
译码器采用实验室最常用的74ls138三线八线译码器：
表174ls138真值表
显示电路：
图7译码显示电路
3.4主控电路
交通灯的主控电路时一个时序电路，输入信号为：
车辆检测信号（传感器信号）设为A、B，三个定时信号5s、25s、45s设为E、D、C。
控制器的状态转换表如表3所示。
表2
状态
主干道
支干道
时间
S0
绿灯亮，允许通行
红灯亮，禁止通行
45
S1
黄灯亮，停车
红灯亮，禁止通行
5
S2
红灯亮，禁止通行
绿灯亮，允许通行
25
S3
红灯亮，禁止通行
黄灯亮，停车
5
逻辑变量的取值含义为：
A=0，主干道无车，A=1，主干道有车；B=0，支干道无车，B=1，支干道有车；C=0,45s定时未到，C=1,45s定时到；D=0,25s定时未到，D=1,25s定时到；E=0,5s定时未到，E=1,5s定时到。
状态编码：
S0=00，S1=01，S2=11，S3=10。
赋值后的状态转换表如表3所示。
表3
A
B
C
D
E
Q2n
Q1n
Q2n-1
Q1n-1
说明
×
0
×
×
×
0
0
0
0
维持S0
1
1
0
×
×
0
0
0
0
0
1
×
×
×
0
0
0
1
由S0→S1
1
1
1
×
×
0
1
0
1
×
×
×
×
0
0
1
0
1
维持S1
×
×
×
×
1
0
1
1
1
由S1→S2
1
1
×
0
×
1
1
1
1
0
1
×
×
×
1
1
1
1
维持S2
×
0
×
×
×
1
1
1
0
由S2→S3
1
1
×
1
×
1
0
1
0
×
×
×
×
0
1
0
1
0
维持S3
×
×
×
×
1
1
0
0
0
由S3→S0
将表中的触发器输出化简，并选择JK触发器，可得状态方程即驱动方程如下：
状态方程：
Q2n+1=EQ2n（Q1n）′+ABD′Q2nQ1n+A′BQ2nQ1n+B′Q2nQ1n+ABDQ2nQ1n+E′Q2nQ1n
=EQ2n（Q1n）′+（Q1n+E′（Q1n）′）Q2n
=EQ2n（Q1n）′+（Q1n+E′）Q2n
Q1n+1=A′B（Q2n）′（Q1n）′+ABC（Q2n）′（Q1n）′+E′（Q2n）′Q1n+E（Q2n）′Q1n+ABD′Q2nQ1n+A′BQ2nQ1n
=（A′+AC）B（Q2n）′（Q1n）′+（（Q2n）′+BQ2n（（A′+D）*A）′）Q1n
=（A*（A′+C′））′B（Q2n）′（Q1n）′+（Q2n）′（（Q2n）′+（BA′D）′）*Q1n
=（AC′）′B（Q2n）′（Q1n）′+（Q2n（BA′D）′）′Q1n
驱动方程：
J1=B（AC′）′（Q2n）′K1=（B（AD）′）′Q2n
J2=EQ1nK2=E（Q1n）′
74LS160芯片如图所示，CLR为异步清零端，LD为置数控制端，P和T使能端，CP为时钟输入端，ABCD为并行置数输入端，QAQBQCQD为输出端，功能表如图所示。
图8
表474LS160功能表
CLK
CLR
LD
EP
ET
工作状态
×
0
×
×
×
置零
↑
1
0
×
×
预置数
×
1
1
0
1
保持
×
1
1
×
0
保持（但C=0）
↑
1
1
1
1
计数
图9主控电路
3.5交通信号灯电路
交通信号灯采用红、黄、绿三种颜色的发光二极管，共阳极接法，并连接高电平时分别接入保护电阻，避免电流过大时二极管造成损坏，信号输入分别接译码管和门电路。
如图10
图10led显示模块电路
4．原理总图
5．元器件清单
序号
数量
名称规格
1
1
TIMER,LM555CM
2
2
LED_red
3
2
LED_yellow
4
2
LED_green
5
1
74LS,74LS138D
6
1
74LS,74LS161D
7
1
74LS,74LS4011BD
8
2
74LS,74LS160D
9
1
74LS,74LS4081BD
10
2
74LS,74LS4023BD
11
1
SWITCH,SPST
12
2
74LS,74LS32D
13
1
RESISTOR,74.7kΩ
14
1
RESISTOR,4.7kΩ
15
1
CAPACITOR,10µF
16
1
CAPACITOR,0.01µF
17
2
HEX_DISPLAY,DCD_HEX
18
6
RESISTOR,330Ω
19
14
RESISTOR,470Ω
6．调试
本设计的巧妙之处就在于能够分级调试，首先调试555产生的秒信号，再对其分频信号进行分析，观察是否够得到我们所需要的1.1秒信号。
调试74LS160观察是否能够达到我们的要求即实现10进制计数。
观察74LS138级联的输入与输出是否与真值表一致。
最后看各基本门电路组成的分析电路是否能达到预期的目的。
显示部分也是这样，分级检测，如果每一个小环节都能正常工作我们就可以把它们都连接起来，观察两个大的部分能否各自正常工作，即灯的控制是否和预期一致，显示能否正常进行。
最后校对两部分，即灯与计时，观察其是否能达到同步，并用基准秒表进行测试看时间是否有误差。
7.心得体会
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，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，因此耗费在这上面的时间用去很多。
我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
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，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
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。
所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。
经过这几周的课设，过程曲折可谓一语难尽。
在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。
从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。
实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
对我们而言，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。
这次实习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，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢!
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢!
在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助!
8．参考文献
1．阎石，《数字电子技术基础》（第五版），高等教育出版社，2005年
2．宁铎，《电子技术课程设计》（第一版）陕西人民出版社，2002年
3．许小军，《电子技术实验与课程设计指导》（数字电路分册）（第一版）
东南大学出版社，2005年
4．曹国清张桂花毕文艳，《数字电路实验》（第一版）中国矿业大学出版社，1990年
5．蒋汉荣，《数字电路技术与逻辑设计》（第一版）清华大学出版社，北京交通大学出版社，2008年
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