交通灯电子课程设计.docx
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交通灯电子课程设计
沈阳航空航天大学
课程设计
（说明书）
交通灯控制电路的设计
班级
学号
学生姓名
指导教师
沈阳航空航天大学
课程设计任务书
课程名称电子技术综合课程设计
课程设计题目交通灯控制电路的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
1．设计一个十字路口交通灯控制电路，要求主干道与支干道交替通行。
2．主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为50秒。
支干道通行时，支干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30秒。
3．每次绿灯变红时，要求黄灯先闪烁3秒。
此时另一路口红灯也不变。
4．在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。
二、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本，要求采用LED显示。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
4．完成相应电源的设计。
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1．阎石著.数字电子技术基础.[M]北京：
高等教育出版社，2005年
2．南新志、刘计训主编.数字电路实验教程.[M]济南：
山东大学出版社，2003年
五、按要求撰写课程设计报告
一、概述
现代社会各种交通工具日趋增多，给我们的出行带来方便的同时，也给我们的道路交通带来了混乱，尤其是十字路口的交通管理问题。
早在十九世纪的英国出现了最原始的红绿灯，而红绿灯也是迄今为止最为方便简单且有效的交通指示信号。
在这里要求两条都路通行且不能发生交通事故，为了确保十字路口的车辆顺利、畅通得通过，现在在十字路口往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。
本次课设就是用数字电路设计一个交通控制电路，来实现十字路口的自动交通控制，在主干道通行的时候，主干道的绿灯亮并且支干道的红灯亮，这一状态为47秒，其次主干道黄灯闪烁支干道继续上一状态的倒计时，这一状态为3秒，接着主干道红灯亮支干道绿灯亮，这一状态为27秒，最后主干道继续上一状态，支干道黄灯闪烁，这一状态为3秒，依此循环以上时间上四个状态，同时上述秒数均有倒计时显示。
设计思路是把主干道和支干道分开来设计，用两个74LS160分别控制两个道路上的三个状态，用四个数码管显示两道上倒计时的十位和个位，总体为两个部分三个状态。
二、方案论证
设计技术指标如下：
1．设计一个十字路口交通灯控制电路，要求主干道与支干道交替通行。
2．主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为50秒。
支干道通行时，支干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30秒。
3．每次绿灯变红时，要求黄灯先闪烁3秒。
此时另一路口红灯也不变。
4．在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。
方案：
方案原理框图如图1所示。
图1原理框图
三、电路设计
1.直流稳压电源电路
220V电源经过降压，整流，滤波后变成直流电，在经过三端稳压源降压到5V，原理图如图2所示，稳定后的电压如下所示。
图2直流稳压电源电路
2.秒脉冲电路
这部分是整个电路的动力输入部分，是计数器计数的根本，设计时依靠Multisim工具栏电路向导进行自动编译设计原理图如图3所示。
NE555构成的多谐振振荡器工作原理。
接通电源后，电容C2被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时V0为低电平，电容C通过R2和T放电，使Vc下降，当下降至1/3Vcc时，触发器又被置位，V0翻转为高电平。
当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R1和R2向电容器充电，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为：
f=1.44/（R1+2R2）C
在这里我们选择R1=28.86K，R2=57.772K，C=10uf，即可输出1HZ方波脉冲，达到要求。
图3秒脉冲电路
图4示波器显示秒脉冲
3.5Hz脉冲产生电路
这部分电路产生5Hz的脉冲，和控制黄灯的线路相与，能够使黄灯闪烁，具体的原理以及步骤和秒脉冲产生电路相同
图55Hz脉冲产生电路
图6示波器显示5Hz脉冲
4.状态控制电路
这一部分是整个电路的协调部分，对主干道支干道分化为两个部分，既主干道的红绿灯和倒计时显示一部分，另一部分是支干道的红绿灯和倒计时显示，同时状态控制电路把整体分为三个状态，对于主干道来说，绿灯——黄灯——红灯对应47s——3s——30s这三个状态，对于支干道来说，当主干道处于某一状态时，支干道的相应状态为红灯——绿灯——黄灯对应50s——27s——3s，对于四个显示的三个部分，用74LS160设计个3进制加法计数器，其产生三个数分别为00、01、10，对应显示部分的三个状态，从而控制交通灯的转换以及倒计时显示器的状态变化。
对于主干道来说，交通灯和倒计时显示状态转换共有三个状态，具体如下表1所示
表1亮灯状态转换表
状态控制
信号灯状态
倒计时显示
S0（00）
绿灯
47s
S1（01）
黄灯
3s
S2（10）
红灯
30s
对3个状态进行二进制编码：
00、01、10。
灯亮设置计数为1，灯灭计数为0，用74LS160加法计数器来实现状态的转换可得真值表如表2所示。
表2计数输出与灯的状态转换真值表
Q2
Q1
绿灯（G）
黄灯（Y）
红灯（R）
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
有上述真值表可得各个灯的如下关系：
由上述关系可得主控电路，并配有5Hz脉冲电路，使得黄灯闪烁如电路图7所示
图7主干道红绿灯控制电路
对于主干道的倒计时显示电路来说，要显示各个部分的倒计时，并且要在一个部分倒计时显示结束后，过渡到下一倒计时显示，三个倒计时显示状态为47s——3s——30s，这个设计我选用了74LS192，74LS192具有倒数计时清零置数功能，用来进行倒计时计数，而数码管选用了DCD_HEX，此数码管方便实用原理简单
这一电路通过上一计数器的清零，来实现对计数电路下一状态进行置数，控制74LS192左边引脚的不同，显示想要的数值，形成循环的三个状态，通过对电路的分析得到置数过程要和灯的状态转变同时进行，即分别将47——3——30——47——3…………等数置入计数电路中。
要置入的数对应分析后得到下列的真值表。
表3倒计时预置数真值表
状态
高低位
高位
低位
Q1
Q2
D
C
B
A
d
c
b
a
47s
0
0
0
1
0
0
0
1
1
1
3s
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
30s
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
有上述真值表可推得：
高位端D=0C=Q1’Q2’B=Q1Q2’A=Q1Q2’
低位端d=0c=Q1’Q2’b=Q1’a=Q1
按上述的真值表设计电路图如图8所示。
图8主干道倒计时控制电路
对支干道来说，它的红绿灯控制和倒计时显示和主干道的控制原理一样，对交通灯来说其转换状态如表4
表4亮灯状态转换表
状态控制
信号灯状态
倒计时显示
S0（00）
红灯
50s
S1（01）
绿灯
27s
S2（10）
黄灯
3s
对应的状态的转换真值表如表5所示
Q2
Q1
红灯（r）
绿灯（g）
黄灯（y）
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
有上述真值表可得各个灯的如下关系：
由上述关系可得主控电路，并配有5Hz脉冲电路，使得黄灯闪烁如电路图9所示
图9支干道红绿灯控制电路
对倒计时来说，配合交通灯要显示出50s——27s——3s——50s——27s…………
要置入的数对应分析后得到下列的真值表。
表6倒计时预置数真值表
状态
高低位
高位
低位
Q1
Q2
D
C
B
A
d
c
b
a
50s
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
27s
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
3s
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
有上述真值表可推得：
高位端D=0C=Q1’Q2’B=Q1’Q2A=Q1’Q2’
低位端d=0c=Q1’Q2b=a=Q1
Q2
按上述的真值表设计电路图如图10所示。
图10支干道倒计时控制电路
5.红绿灯控制电路与倒计时显示电路的衔接
这一部分电路是把三个状态的交通灯和三个状态的倒计时衔接在一起，利用一个74LS160芯片，组成一个三进制的加法计数器，每个数对应每一个状态，当数码管全部清零以后，利用两个数码管所有高低位之间的逻辑关系，送给74LS160一个脉冲，使得加法计数器加一从而进行下一个状态，即当数码管全部归零，一个倒计时结束的时候，就开始下一个倒计时状态与红绿灯显示状态，设计的电路图如图11所示
图11倒计时电路与红绿灯电路的衔接
四、性能测试
在multisim12.0软件中，对电路图的性能进行了测试，主要检测电路是否能够实现交通的需要，即要满足交通灯各状态的倒计时和亮灯需求，可以通过对电路各状态的检测来实现测试：
对作出的电路图进行运行得到下列状态：
状态一：
主干道绿灯亮47秒，支道亮红灯50秒。
如图12所示。
图12状态一
状态二：
主干道黄灯闪烁3秒，支干道继续上一状态，如图13所示
图13状态二
状态三：
主干道红灯亮30秒，支干道绿灯亮27秒，如图14所示
图14状态三
状态四：
主干道红灯继续倒计时，支干道黄灯闪烁3秒，如图15所示
图15状态四
状态五：
随机抽查一个时间点，如图16所示
图16状态五
2.时间上：
主道方向的时间变化为：
绿47秒—>黄闪3秒—>红30秒—>绿47秒—>黄闪3秒—>红30秒—>绿47秒—>黄闪3秒—>红30秒……；
支道方向的时间变化为：
红50秒—>绿27秒—>黄闪3秒—>红50秒—>绿27秒—>黄闪3秒—>红50秒—>绿27秒—>黄闪3秒—>……；
对此变化进行循环。
3.灯的变化上：
主道方向的灯的状态为：
绿—>黄—>红—>绿—>黄—>红—>绿—>黄—>红—>……；
支道方向的灯的状态为：
红—>绿—>黄—>红—>红—>绿—>黄—>红—>红……；
对此状态进行循环。
五、结论
试验所做的交通灯各部分实验所得状态转换与预期状态转换完全一致，可以满足制作交通灯的需求，而其得到的试验结果满足任务书中的各项指标，成功的完成了课设。
通过这次课设，使我对数电等理论知识有了一个清晰的框架，并且把书本上的内容转化为生活中的实例，提高了我对构建模型的能力，增强了我对数电等电学知识的兴趣，是我对数电等有了更清晰的认识；并且，通过此次电子技术综合课程设计，让我熟练的掌握了Multisim软件的应用，对我以后的发展有了一定的积极作用；同时，在这两个星期的课设时间里，让我明白了，在以后的学习与生活中，不管学习还是做事，一定要认真，全局考虑，一丝不苟，就像当初连红绿灯状态电路的时候，就是因为高电平续接而浪费了二十分钟检查电路，以至于后来一团糟之后重新连接的电路图，与之前的电路图相比之下才知道先前所犯的错误，所以一定要踏踏实实，才有可能在以后的日子里少走弯路，节省时间！
参考文献
[1]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：
高等教育出版社，2006年。
[2]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京：
国防工业出版社，2005年。
[3]诗童白；华成英主编，模拟电子技术基础。
[M]北京；高等教育出版社，2006年。
[4]李亚佰主编，数字电路与系统。
大连；大连理工大学出版社，1992年。
[5]韩振振，李亚伯主编，数字系统设计方法。
大连；大连理工大学出版社，1992年。
[6]伊勇，李林凌主编。
Multisim电路仿真入门与进阶。
北京；科学出版社，2005年。
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U.U0
脉冲发生器
555
2
2
U1.U21
加法计数器
74LS160D
2
3
U10.U11.U30.
U31
减法计数器
74LS192D
4
4
U12.U13.U32.
U33
数码管
DCD_HEX
4
5
U2.U22.
非门
74LS04D
2
6
U7.U27
与门
74LS08D
2
7
U18.
或非门
74LS33D
1
8
U14.U34
或门
74LS32D
2
9
U6.U24
四端或非门
74LS20D
2
10
U20.U40
与非门
74LS03D
2
11
X1.X4
红灯
PROB-RED
2
11
X2.X5
黄灯
PROW-YELLOW
2
12
X3.X6
绿灯
PROW-GREEN
2
13
R1.R2.R3.R4.R7
电阻
R
7
14
U42
三端稳压源
LM7805CT
1
15
D1.D2.D3.D4
晶闸管
1N4001
4
16
C
电容
C
6
17
T1
变压器
1P1S
1
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