交通信号灯控制电路设计.docx

1、交通信号灯控制电路设计交通信号灯控制电路设计一、设计目的、任务 二、设计方案比较及选择 方案说明 方案一 方案二 方案比较三、总体功能说明四、各单元电路图及功能说明1、时序脉冲产生和分频电路 、倒计时计数电路 3、状态控制电路 4、显示电路五、设计总结 一调试过程二实习心得三实习建议六、附录一设计目的、任务1设计课题 交通信号灯控制电路设计2设计目的 习了一个学期的数字逻辑课程，这次的课程设计主要是要综合了解与运用所学的知识，通过这次的课程设计来检测这一学期所学的知识。通过制作来了解交通灯控制系统，了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用。交通灯控制系统主要是实现城市交叉路口红绿灯的控制。在现代化

2、的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每个交叉路口都需要有一个准确的间间隔和转换顺序，这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理。本次的设计就是基于此目的而设计的。3设计任务 十字交叉路口分纵、横两组信号灯控制。 每组有红、绿、黄三色信号灯显示。 各干道亮灯顺序为：红绿黄红绿，红灯 黄灯、绿灯的亮灯时间比例为3：2：1。 分别用2位（共4位）LED显示纵、横两路的绿灯亮时间。 设计该电路并画出整体电路原理图。 完成设计电路连接与调试。 写出设计说明书。二 设计方案比较及选择 基于设计目的与设计任务，我设计了两种方案实现红绿交通灯控制方案。以下是这两种方案的说明与比较。（一）方案说

3、明：方案一： 采用1个双向移位寄存器74LS194来实现状态控制电路。输出端Q0接绿灯2，Q1接黄灯2，再将Q0与Q1相或接红灯1。首先将Q0置为1，Q1、Q2、Q3置为0，使绿灯2与红灯1先亮，接着进行移位，使黄灯2和红灯1亮。同样的，将Q2、Q3分别接绿灯1和黄灯1，Q2、Q3相或接红灯2，实现另一路交通灯的控制。 倒计时计数电路，此方案采用2片74LS192来实现。将绿灯1与绿灯2相或接到74LS192的LD端，通过对74LS192置数“0010，0000”（20）来实现绿灯的倒计时计数。对于显示电路，此方案采用4片74LS48与4片LED，与计数器74LS192的综合使用来实现。采用2

4、片74LS161以及若干与门、与非门、或门来实现延时电路。此部分采用32进制，首先输出一个脉冲，延时为20秒，接着输出另一个脉冲，延时为10秒，此时，将Y2通过非门连接到74LS161的CR端，来实现清零功能。使用电路选取前30种状态，将后两种状态排除，实现交通灯30秒的计时功能（绿灯20秒+黄灯10秒）。该部分功能完成之后，将Y1与Y2相或，接到状态控制电路。此部分电路原理图如下：方案一延时电路方案二：采用2双向移位寄存器74LS194来实现状态控制电路。首先对其进行置数，将Q0的值置为1，Q1、Q2、Q3的值置为0，将Q0与Q1用或门相接，接到绿灯1，再与Q2相或，接到红灯2，将Q2接到黄

5、灯1。同样的，将低位的74LS194的Q0-Q1端接到相应的交通灯上，接着将M1M0置为“01”，实现移位功能，实现状态控制电路。倒计时计数电路，此方案采用4片74LS192来实现，一路绿灯用2片74LS192实现。将绿灯1和绿灯2分别接到74LS192的LD端，将其置数为“0010，0000”（20），来实现绿灯的倒计时计数功能。显示电路则采用4片74LS48与4片LED，与计数器74LS192的综合使用来实现。采用1片74LS161以及一个与非门来实现延时电路，此部分电路相当于将1HZ的CP放大10倍，接到状态控制电路。电路原理图如下所示：方案二延时电路（二）方案比较： 方案一的状态控制电

6、路与倒计时计数功能采用74LS194以及74LS192，易实现，与方案二一样。但是方案一的延时电路较方案二来说，更为复杂一点，用到的芯片较多，接线更为复杂，比较不容易掌握和理解，而方案二的延时电路只用了一片74LD161及一个与非门就可以实现，比较容易。相较之下，我采用方案二来实现此次的交通灯控制电路。三 总体功能说明电路工作总体框图： 交通灯控制电路主要由以下几部分构成，分别为时序脉冲产生和分频电路、绿灯计时电路、绿黄灯初值预置电路、状态控制电路、显示电路等部分构成。状态控制器是系统的核心部分，由它决定交通灯处于哪一个运行状态。从而使相应的交通灯点亮，并决定下一个状态的预置电路该预置的绿灯和

7、黄灯的预置值。状态控制电路是由寄存器74LS194来实现的。首先进行置数。将1（高电平）送给高位的Q0，使绿灯1、黄灯1、绿灯2、黄灯2在当前状态计时结束后，计数器置入下一个状态计数值并开始计数，如此循环往复。绿灯1和黄灯1亮时红灯2亮，绿灯2和黄灯2亮时红灯1亮。当绿灯亮时，红灯显示时间和绿灯同步；当黄灯亮时，红灯显示时间为绿灯的值与黄灯的值相加。其他单元在状态控制电路的状态控制下有序的完成计时和计数转换。假定当前状态如绿灯亮时，结果分析如下：将绿灯的输入端接到计数器，对绿灯的亮灯时间进行计数，然后显示输出。绿灯熄灭时，数码管LED灭；绿灯亮时，计时器从20秒开始倒计时，此时，另一路的红灯亮

8、。当计时递减到0时，状态控制器进入下一个状态，当另一路的绿灯亮时，计数器、显示器执行上述的功能，如此周而复始，完成交通灯的显示过程。四 各单元电路图及功能说明1 时序脉冲产生和分频电路a) 电路原理图 时序脉冲产生电路原理图b) 功能说明 时序电路是数字系统不可缺少的一个重要组成部分，因为数字电路只有在时钟电路的驱动下才可正常工作。根据应用场合的不同，不同数字电路选择使用不同类型的时钟发生器。因为交通灯控制系统的秒信号精度不高，故选用555定时器。c) 所需器件 555芯片一个 51K、39K电阻各一个 10UF、0.01UF电容器各一个 非门芯片74LS04一个d) 芯片引脚图 2 倒计时计

9、数电路b) 功能说明 倒计时计数电路主要由计数器构成，它在整个系统设计中的作用是实现计时计数，在此我选用减法计数器，因为本设计说明计时时间可预设，所以需要可预置数的计数器，综合以上要求，采用74LS192。当交通灯控制系统开始工作时，该部分电路将实现各种状态的转换功能。首先，将数码管显示一路绿灯的预值（20秒），预值：0010，0000；当其减到0时，计数器产生借位，此时绿灯灭。直到此绿灯再次亮时，重复上述转换功能，实现倒计时计数。将绿灯的输出接到芯片的LD端，实现倒计时计数，CR端置0；CPD接1HZ的脉冲信号。Q3、Q2、Q1、Q0端分别接显示74LS48的A3、A2、A1、A0端。c)

10、所需器件74LS192 计数器d) 芯片引脚图3 状态控制电路a) 电路原理图 状态控制电路原理图b) 功能说明 74LS194为双向移位寄存器，当M1M0置为“11”时，首先对其进行置数，将Q0的值置为1，其余的置为0，再将Q0与Q1用或门相接，接到绿灯1，再与Q2相或，送给红灯2，Q2送给黄灯1；同样的，将低位的74LS194的Q0-Q3端接到相应的交通灯。接着将M1M0置为“01”，实现移位功能，通过与或门芯片74LS32连用，实现交通灯循环亮灯的控制功能。c) 所需器件74LS194芯片-双向移位寄存器74LS32芯片 -2输入端4或门d) 芯片引脚图 双向移位寄存器74LS194 2

11、输入端4或门74LS324 显示电路a) 电路原理图b) 功能说明74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器。它具有集电极开路输出结构，可以直接驱动共阴极数码管。因此，我选用74LS48来实现此部分功能。 将74LS48的4个输入端A3、A2、A1、A0分别与计数器74LS192的输出端Q3、Q2、Q1、Q0相接，再将它的7个输出端接到数码管对应的引脚上，用来控制七段LED显示器的7个发光段。通过各芯片的综合使用，来实现显示功能。c) 所需器件 74LS48 -七段数码管译码器驱动器 LED数码显示器d) 芯片引脚图 七段数码管译码器驱动器74LS48 五 设计总结（一）调试过程 1.

12、设计过程中，一开始由于思路不清晰，被各种芯片的功能搞得头晕脑涨。不同的芯片可以用来实现同一种功能，因此只能在了解了各芯片的具体功能以及设计要求之后，进行比较，选择符合要求的芯片来实现。2.在第一阶段设计交通灯的循环时，将双向移位寄存器74LS194的左循环与右循环（Dsr与Dfl）接错了，将低位的Dsr接到高位的Dfl，导致交通灯不亮，经过检查之后，解决了这一问题。对于74LS194，当M1M0置位“11”时，会实现送数功能，即将输入端D0-D3的值相应的送给Q0-Q3实现初值的设定。当电路接好之后，通上电源，接上脉冲信号，发现绿灯1以及红灯2不亮，用万用表对电路各引脚的电位进行测量之后，发现

13、当M1M0置位“11”时，没有实现送数功能，因此灯不亮。所以，我们认为是74LS194坏了，换了一个芯片之后，解决了这一问题。测试结果：绿灯1亮黄灯1亮绿灯2亮黄灯2亮 红灯2亮 红灯1亮3.第三阶段做一盏灯的倒计时计数电路时，计时器显示从20秒到00秒，当绿灯不亮时，LED显示的是20（初态），为了将此时的LED显示灭掉，在与同学讨论研究之后，将74LS48的第四个引脚RI/IRBO接到绿灯，将绿灯不亮时的LED显示灭掉。测试结果：LED显示倒计时，从20190100, 绿灯灭时，不显示数字。 4.第三阶段另一路绿灯的倒计时计数电路时，当电路接好之后，发现十位数的数字不显示，只显示了个位数，

14、用万用表检测之后，发现高位的74LS192的接触不好，致使无法显示。通过调整，将74LS194芯片固定好之后，可显示十位数数字。调试结果：LED显示绿灯2倒计时，从20190100，绿灯灭时，不显示数字。 5.第四阶段实现两路交通灯的倒计时。循环控制时，由于各导线接触不好以及接电源接地等步骤的漏掉，导致了一些问题，经过检查之后，发现并解决了问题，使电路完成了它的整体功能。 6.震荡电路的设计中，将555芯片的接地端接错了，导致电路无信号输入，在对照了芯片的引脚图之后，将接地端改正。 接好电路将脉冲接到电路中时，发现只有一路的绿灯倒计时功能正常完成，而另一路的倒计时功能出现异常，倒计时从2018

15、1614倒计，后来在将CP接到电路之前先接一个与非门，排除了这个异常现象，整个设计到此基本实现，各电路的功能都正常完成。（二）实习心得 万事开头难，一开始拿到设计题目，花了好长时间才进入状态，设计所需的电路图。通过这次的设计，我发现只要不放弃，在最困难的时候坚持下去，那么所有的事情都能迎刃而解。开头是重要的，只有做好了，才能有好的结果。 学了一个学期的数字逻辑课程，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。许多知识学了就忘，很难将他们长期的保存在脑海中。所以说，实践是检验真理的唯一标准。一切事物，

16、对与不对，都需要通过实践来证明。同时，实践还是真正掌握知识、掌握技能的重要途径，一切的成就都来源于实践，空想是行不通的。（三）实习建议 课本知识固然重要，但是实践环节也是比不可少的，希望平时能够多提供一些实践动手环节，拓展我们多方面的思维。六附录一 参考文献1数字电路与逻辑设计 宁帆、张玉艳 人民邮电出版社 2数字系统逻辑设计 欧阳星明、唐九飞、孙百勇编著 电子工艺出版社3数字逻辑实用教程 王玉龙编著 清华大学出版社4数字电子技术基础实验教程 张秀娟、薛庆军著 北京航空航天大学出版社5现代数字电路与逻辑设计 朱定华、饶志强、吴建新著 北京交通大学出版社二 实验器材清单 实验箱一台 双向移位寄存器74LS194 2片 计数器74LS192 4片 74LS161 、74LS32 、74LS04 各1片 74LS48 4片 震荡芯片555 1片 51K、36K、3K电阻器各一个 10UF、0.01UF电容器各一个 LED 4个