交通灯控制电路.docx
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交通灯控制电路
电子课程设计
——交通灯控制电路
目录
一、课程题目···································3
二、设计要求···································3
三、总体框图···································3
四、选择器件···································4
五、功能模块··································10
六、总体设计电路······························12
七、体会总结··································16
交通灯控制电路设计
一、设计任务与要求
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。
具体要求如下：
1、设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR,NSY,NSG,东西方向的红，黄，
绿分别为EWR,EWY,EWG；
2、东西方向，红灯亮的时间应等于南北方向黄绿灯亮的时间之和；南
北方向R灯亮的时间应等于东西方向Y,G时间之和。
一个周期为5
0S，其中，G灯亮20S，Y灯亮4S，R灯亮24S；
3、可以通过开关将交通灯手动调整为夜间状态，夜间状态为黄灯闪耀，
黄灯一直闪耀，提醒过往行人注意。
二、总体框图
交通灯控制电路原理框图如图所示。
它主要由秒脉冲、分频器、移位寄存器组合控制电路和信号灯转换器组成。
图1
1、秒脉冲
秒脉冲可由多种方法组成，比如用555触发器组成的多谢振荡器，正弦波信号发生器等等，它主要作用就是发出脉冲信号，是整个系统的发生装置，但如果用555触发器时，必须调试号它的频率，让它达到秒脉冲的作用。
T=（R1+2R2）*C1ln2此公式为计算振荡周期T的计算公式
2、四分之一分频器
四分之一分频器是由两个74LS74双D触发器组成，自身的Q非连接D达到二分之一分频，然后再将两个二分之一分频的触发器串联达到四分之一分频，从而使由秒脉冲发出的1秒为一周期的信号经分频器变成4秒为一周期，为以后的时间适合做铺垫。
3、移位寄存器
移位寄存器起作用就是移位寄存，计数器每次工作循环周期为12，所以可选用12进制计数器。
计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。
这里我选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环行12进制计数器。
表1状态表
t
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0Q1Q2Q3Q4Q5
NSGNSYNSR
ENGENYENR
0
000000
100
001
1
100000
100
001
2
110000
100
001
3
111000
100
001
4
111100
100
001
5
111110
010
001
6
111111
001
100
7
011111
001
100
8
001111
001
100
9
000111
001
100
10
000011
001
100
11
000001
001
010
东西方向
绿：
EWG=Q4*Q5
黄：
EWY=Q4*Q5（EWY`=EWY*CP1）
红：
EWR=Q5
南北方向
绿：
NSG=Q4*Q5
黄：
NSY=Q4*Q5（NSY`=NSY*CP1）
红：
NSR=Q5
由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标1秒和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。
4、组合控制电路
组合控制电路是由与门、或门、或非门、高电平、低电平、单刀双制开关显示灯等一些比较基本、简单的元器件组成，它主要起连接和控制的作用。
本电路的各个部分由于它的存在才使得能完善的运作起来。
5、红绿黄显示灯
红绿黄显示灯就是本电路的显示部分，是检验电路是否能正常运转的作用是本电路的显示器，此电路的作用就是要让这几个显示灯能按照任务的要求亮的，它们是由红、绿、黄三种颜色的发光小灯泡组成的，因此，也是本电路最简单的一部分。
三、选择器件
主要器件有74LS164移位寄存器、74LS74双D触发器两个、555定时器、AND2与门六个、OR2或门两个、非门两个、NOR3或非门一个、高电平三个、低电平五个、电阻两个、电容两个、二极管一个、单刀双掷开关两个。
1、74LS164移位寄存器
74LS164是8位串入并出的移位寄存器，当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QH）均为低电平。
串行数据输入端（A，B）可控制数据。
当A、B任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0为低电平。
当A、B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK上升沿作用下决定Q0的状态。
图2为74LS164的内部原理图
图274LS164内部原路图
图3为其逻辑框图
图374LS164逻辑框图
下表为74LS164的逻辑功能表
表274LS164逻辑功能表
输入
输出
说明
CPCLRAB
QAQB···QH
X0XX
01XX
111
10X
1X0
00···0
QA0QBO···QH0
1QAn···QGn
0QAn···QGn
0QAn···QGn
清0
保持
移入1
移入0
移入0
2、74LS74双D触发器
74LS74双D触发器的逻辑符号、内部原理图分别如图4、图5，表3为其各引脚的功能表
图474LS74逻辑符号
图574LS74内部原路图
表3为74LS74的引脚功能表
脚号
引脚代号
引脚功能
参数：
R+/R-
备注
1
CLR
复位信号
9.10/4.38
1、集成块为14脚封装
2、电源：
14脚为+5.00V
3、复位：
1脚、13脚
4、主要用途：
双D触发器
2
D1
触发信号
/4.74
3
CK1
时钟信号
9.10/4.91
4
PR1
控制
/4.68
5
Q1
同相位输出
3.71/3.00
6
Q1
反相位输出
/6.28
7
GND
地
0/0
8
Q2
反相位输出
/6.28
9
Q2
同相位输出
3.17/3.00
10
PR2
控制
0.21/0.21
11
CLK2
时钟信号
/4.20
12
D2
触发信号
0.33/0.33
13
CLR2
复位信号
9.10/4.38
14
Vcc
电源
0.21/0.21
表4为74LS74触发器的特性表
表474LS74触发器的特性表
输入
输出
说明
SDRDCLKD
Qn+1
01XX
10XX
00XX
110
111
110X
1
0
1
0
1
Q0
预置1
预置0
不允许
置0
置1
保持
3、555定时器
555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充.放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数10分的延时电路，以及多谐振荡器，单稳态触发器。
施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。
用555定时器构成多谐振荡器电路如图6，电路没有稳态，只有两个暂稳态，也不需要外加触发信号，利用电源Vcc通过R1和R2向电容C充电，使Uc逐渐升高，升到三分之二Vcc时，Uo跳变到低电平，放电端导通，这时，电容器C通过电阻R2和D端放电，使Uc下降，降到三分之一Vcc时，Uo跳变到高电平，D端截止，电源Vcc又通过R1和R2向电容C充电。
如此循环，振荡不停，电容器C在三分之一Vcc和三分之二Vcc之间充电和放电，输矩形如图7
图6
图7
输出信号u0的脉宽tw1、tw2，周期T的计算公式如下：
tw1=0.7（R1+R2）C
tw2=0.7R2C
T=tw1+tw2=0.7（R1+2R2）C
其他器件如图表5
表5选择器件
器件名称
个数
器件框图
AND2与门
6
OR2或门
2
非门
2
NOR3或非门
1
高电平
3
低电平
5
电阻
2
电容器
2
二极管
1
单刀双掷开关
2
74LS164移位寄存器
1
74LS74双D触发器
1
555定时器
1
四、功能模块
1、秒脉冲发生电路
秒脉冲发生信号主要有555定时器、高电平、低电平、电阻器、电容器和二极管组成。
555定时器是组成秒脉冲的核心部件，只要在外部接上几个电阻和电容就可以组成秒脉冲。
电阻和电容是为了调节秒脉冲的频率和波形的，因此根据前面公式可以算出周期为一秒的电阻和电容的值。
二极管的作用就是使空比小于百分之五十，可是秒脉冲快速的启动。
本实验所用秒脉冲发生电路如图8
图8秒脉冲部分
2、移位寄存器
本部分只有一个元器件——74LS164移位寄存器，它的作用就是
起到扭环计数器的作用，代替了以往的加减法计数器。
如图9
图9移位寄存器部分
3、四分之一分频器
四分之一分频就是把原频率减小到原来的四分之一，从而是周期扩大到原来的四倍，设计任务中要求时间为24S,4S,20S，其比例为6：
1：
5，因此要把秒脉冲发出的1S为一周期的信号经分频器变成4S为一周期，它的组成本分为两个74LS74双D触发器，也是属于器件重要而且少的模块。
图10为四分之一分频器的电路图
图10
它先把两个触发器本身的Q非端接到D端上达到二分之一分频，然后再把两个二分之一分频的触发器串联起来达到四分之一分频。
4、组合控制电路
组合控制电路部分是用到元器件组多的部分，无论是种类还是个数，它由与门、或门、非门、或非门、高低电平、单刀双掷开关组成。
控制电路如图11
图11控制电路
它们的作用是起到连接各个主元器件的，和实现红、绿、黄三灯发光的连接线。
5、红黄绿灯显示电路
主要由三种不同的颜色的发光小灯泡组成，主要的作用就是验证电路是否正常用作，是实现设计任务结果的最后显示。
显示电路如图12
图12
五、总体设计电路
本实验由秒脉冲发出脉冲信号，经过四分之一分频器把脉冲信号周期扩大四倍，达到四秒为一个周期，在到移位寄存器上进行移位寄存计数红、黄、绿亮的时间之比为6：
1：
5从而达到设计任务要求的时间；24S,4S,20,本次试验设计交通灯控制电路设计便按设计任务要求完成了。
总体设计电路如图13
1、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮
图13
2、南北方向黄灯闪烁，东西方向红灯亮
图14
3、南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮
图15
4、南北方向红灯亮，东西方向黄灯闪烁
图16
六、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PCB连接图，和芯片上的选择。
这个方案总共使用了74LS164，74LS74，NE555定时器三个重要元器件
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。
由于项目组成员对单面板的不熟悉，导致布线后元件出现在另一边，增加了布线难度，也产生经过将近一个月的设计，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。
生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。
劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。
我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。
我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？
我们不断的反问自己。
也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。
社会需要我们，我们也可以为社会而工作。
既然如此，那还有什么必要失落呢？
于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。
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！
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
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！
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