数电课程设计报告交通灯控制电路

1、数电交通灯课程设计设计题目：交通灯控制电路学 院：信息技术学院专业班级：09电子信息工程（2）班姓 名： 目录1 设计目的42 设计思路43 设计过程4 3.1方案论证43.2电路设计63.2.1秒脉冲发生器63.2.2定时器73.2.3控制器93.2.4译码电路103.2.5显示部分113.2.6总原理图124系统调试与结果125主要元件126 结论137设计心得体会138 附录13 8.1总原理图13 8.2 pcb图149参考文献14交通灯控制电路摘要：交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。本交通灯设计主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、

2、译码显示电路组成。秒脉冲发生器由ne555产生脉冲，定时器由74ls160实现，控制器由74ls153和74ls74组成，译码电路采用74ls48和七段数码管来显示。控制器通过st信号对定时器进行控制，从而显示红黄绿灯的转换。关键字：交通灯 控制器 秒脉冲发生器 定时器 译码器1 、设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排。（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解面包板结构及其接线方法。（4）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。（5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。（6）熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。2、设计思路（1）设计秒脉冲发生器（2）设计交通灯定时电路（3）设计交通灯

3、控制电路（4）设计交通灯译码电路（5）设计交通灯显示时间电路3 设计过程 3.1方案论证方案一 用数电电子技术来实现交通灯控制 交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。它主要由控制器、定时器、译码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，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中： tl: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，tl=1，否则，tl=0。 ty：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，ty=1，否则，ty=0。 st

4、：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。 图1-1 系统的原理框图交通灯控制器的asm 如图1-3所示（1）甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔tl时，控制器发出状态信号st，转到下一工作状态。 （2）乙车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车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，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔ty时，控制器发出状态转换信号st，转到下一工作状态。 （3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔tl时

5、，控制器发出状态转换信号st，转到下一工作状态。 （4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔ty时，控制器发出状态转换信号st，系统又转换到第（1）种工作状态。 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表1、2所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下表1-2规定：表1-2控制状态信号灯状态

6、车道运行状态s0（00）甲绿、乙红甲车道通行，乙车道禁止通行s1（01） 甲黄、乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行s3（11）甲红、乙绿甲车道禁止通行，乙车道通行s2（10）甲红，乙黄甲车道禁止通行，乙车道缓行ag=1甲车道绿灯亮甲车道通行bg=1乙车道绿灯亮乙车道通行ay=1甲车道黄灯亮甲车道缓行by=1乙车道黄灯亮乙车道缓行ar=1甲车道红灯亮甲车道禁止通行by=1乙车道红灯亮乙车道禁止通行由此得到交通灯的asm图，如 图1-3所示。设控制器的初始状态为s0（用状态框表示s0），当s0的持续时间小于25秒时，tl=0（用判断框表示tl），控制器保持s0不变。只有当s0的持续时间等于25秒时，t

7、l=1，控制器发出状态转换信号st（用条件输出框表示st），并转换到下一个工作状态。图1-3 交通灯的asm图方案二 用单片机技术来实现交通灯控制 用单片机技术来来实现交通灯控制是最容易实现的，而且该电路可靠性也很高，但是这是要求设计者要有单片机编程的基础上才能完成设计。由于本人单片机编程基础不是很好，所以选用了数字电子技术来实现交通灯控制。3.2单元电路的设计 3.2.1秒脉冲发生器 秒脉冲发生器由ne555电路及外围电路组成，其中r8=15k、r9=68k,c3=10uf的电阻电容值决定了脉冲宽度。既t=(r8+2r9)c2ln2当t=1s，即可凑出r8、r9、c3其中c3=0.01uf是

8、为了保持输出的波形的稳定。如图1-4所示， r9=68k、c3=10uf组成一个串联rc充放电电路，在ne555的7脚上输出一个方波信号，c3上得到一个三角波。此三角波送到ne555的2脚输入端。由ne555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。图1-4 秒脉冲发生器原理图秒脉冲还可以由芯片cd4060和74ls74及其外围电路构成如图1-4-4，该电路选用石英晶体结构成振荡器，在经过分频电路得到秒脉冲。振荡器的频率越高，计时精度越高。如果精度要求不高也可以采用集成逻辑门与rc组成的时钟源振荡器以及由集成电路定时器555与rc组成的多谐振荡器。因此，该设计选着由

9、集成电路定时器555与rc组成的多谐振荡器来产生秒脉冲。 图1-4-4 石英晶体和分频器构成的秒脉冲发生器3.2.2定时器 定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号st作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号ty和模25的定时信号tl。计数器选用集成电路74ls160进行设计较简便。74ls160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74ls160功能表如表4-1所示。表4-1clk rd ld ep et工作状态xxx 01111x0111 x x x x 0 1 x 0

10、 1 1置零预置数 保持保持（c=0） 计数表中rd是低电平有效的同步清零输入端，ld是低电平有效才同步并行置数控制端，ep、et是计 图1-3 交通灯的asm图数控制端，co是进位输出端，d0d3是并行数据输入端，q0q 3是数据输出端。设计如图1-5 图1-5 交通灯定时器其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲clk分别送给两个74ls160的清零端9处。如图所示：输入端3.4.5.6分别接地.。u1的7和10由u2的11、14经过与门相与后相连。.即：只有当时11、14处产生一个高电平脉冲时才能触发u1中的14产生脉冲。当u13c74ls04的st信号分别送给u1和u2的load。就可

11、以得到ty和ty非是秒脉冲的5倍；tl和tl非的结果是秒脉冲的25倍。除此，还可以用74ls163来实现这个定时器。但是由于该芯片不是十进制的计数器，因此在进位时要加上一个与门，设计如下图1-5-5。因为该电路与1-5的定时电路多用了一个与门，因此不选用。 图1-5-5 由74ls193构成的定时电路3.2.3控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。列出控制器的状态转换表，如表1-6所示。选用两个d触发器74ls74做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为tl和ty，当控制器处于q1n+1q0n+1 00状态时，如果tl 0，则控制器保持在

12、00状态；如果，则控制器转换到q1n+1q0n+1 01状态。这两种情况与条件ty无关，所以用无关项x表示。其余情况依次类推，就可以列出了状态转换信号st。表1-6 控制器状态转换表根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将q1n+1、q0n+1和 st为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程： 根据以上方程，选用数据选择器 74ls153来实现每个d触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74ls153的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器原理图如图1-7所示。图中r、c构成上电复位电路。由

13、两个双多路转换器74ls153和一个双d触发器74ls74组成控制器。触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换。图1-7 交通灯控制器其原理为： clk分别送给u6a和u6b的3和11的清零端。将ty接入u4的5和u5的4和5；ty非接入u4的4。如上图所示：74ls74两个d触发器作为时序寄存器产生4种状态。选用数据选择器74ls153来实现每个d触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到74ls153的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。3.2.4译码电路译码器的主要任务是将控制器的输出 q1、 q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控

14、制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表1-8所示。表中a、b代表甲、乙车道。表1-8 控制器状态编码与信号灯关系表q1 q0ag绿灯ay黄灯ar红灯bg绿灯by黄灯 br红灯0 01000010 10100011 00011001 1001010由秒脉冲发生器产生了周期性变化的clk脉冲，一部分送给了定时器的74ls160芯片，另一部分送给了控制器的74ls74芯片。在脉冲st同时加到定时器74ls160芯片的情况下，通过芯片74ls10将会输出ty、ty非；tl、tl非。即ty和ty非放大的结果是秒脉冲的5倍；tl和tl非放大的结果是秒脉冲的25倍。前者输出的信号是后者的1/5。将定时

15、器输出的ty。ty非；tl。tl非分别作用于控制器的芯片74ls153中，在clk脉冲置于芯片74ls74中会输出高低变化的电平。控制器中的信号在送给由芯片74ls08组成的译码器后再通过电路中的指示灯和200欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。电路图设计如图1-9图1-9译码器部分原理图3.2.5显示部分显示部分由74ls48和共阴极七段数码管组成，74ls48作为译码器，对74ls160的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74ls160的计数。即交通灯需要显示的时间。其设计如图1-9 图1-9 由74ls48和数码管组成的电路4系统调试与结

16、果（1）组装调试秒脉冲电路。（2）进行定时电路的组装和调试。当输人1hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行增计时，当增计时到25时，能输电有效的定时时间到信号。（3）调试交通灯控制器以及显示部分。 （4）判断各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。最终调试如下：接上电源,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，甲车道方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行；乙车道方向车道的红灯亮，车辆禁止通行。时间显示器从预置的0秒，以每秒增1，增到25到0时，甲道的绿灯转换为黄灯，其余灯都不变。从增至5秒又到0后时甲车道的黄灯转换为红灯；乙车道的红灯转换为绿灯。

17、如此循环下去。5主要元件集成电路：ne551片 74ls1602片 74ls082片 74ls042片 74ls1532片 74ls742片 74ls482片 5106as2片74ls201片（74ls04芯片含有4个非门，08、20芯片同上）电阻： 200欧姆9个 15k欧姆1个 68k欧姆1个 电容： 0.01uf1片 10uf2片其他：发光二极管6个6、结论1、能实现的功能 交通灯的状态转换和计时时间的显示，基本能实现甲、乙道路直行和转弯灯的显示功能。2、不足之处 交通灯中没有右转灯，用的芯片太多。7、设计心得体会开始拿到题目的时候，不知道怎么去做,因为已经有半年没看数电了，自己对这门课的设计都不是很会，对很多的芯片的功能都不是很清楚，而且还要带一个专升本的同学去做这个设计，所以做得特别认真。从收集资料到仿真在到做实物一共用了半个月的时间。在做pcb板的时候，花了很长的时间去布线，由于芯片太多，线很乱不得不手动布线，一共用了一天的时间才做好。 通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,但是控制器控制信号灯不是很好。虽然花了很多的时间，但学到了很多东西。做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍，增强了自己对知识的理解，很多以前不是很懂的问