交通灯课程设计报告

1、一、设计目的二、设计要求和设计指标 三、设计内容3.1数字钟电路工作原理 3.1.1 总体设计3.1.2秒脉冲发生器3.1.3 定时器3.1.4控制器3.1.5译码电路3.1.6显示部分3.2仿真结果与分析四、本设计改进建议五、总结（感想和心得等） 六、主要参考文献 七、附录一、设计目的为了熟悉XX课程,学习proteus软件的使用，以及锻炼自主动手能力能力，掌握多功能数字 钟的工作原理，掌握基本逻辑门电路、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器、触发器、 计数器、锁存器、 555 定时器等常用数字电路的综合设计方法，熟悉用 Proteus 软件进行数字电路 仿真设计的方法。二、设计要求和

2、设计指标（1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。（2）当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。（3）主支干道交替允许通行，主干道每次放行 25s、支干道25s。设计25s和25s计时显示电路。（4）在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮 5s的黄灯作为过渡，设置5s计时显示电 路。三、设计内容本交通灯设计主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、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

3、红黄绿灯的转换。设计分 析如下：（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。3.1 数字钟电路工作原理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

4、， 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=0bTY:表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1,否则，TY=QST: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3.1.2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勺电阻电容值决 定了脉冲宽度。既T=(R8+2R9)C2In2当T=1S即可凑出R8 R9 C3其中C

5、3=0.01uF是为了保持输 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CD406C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

6、振荡器。因此，该设计选着由集成电路定时器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3.1.3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。74LS16 0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4-1CLKRD 'LD 'EP ET工作状态X0XX X置零

7、T10X X预置数X110 1保持X11X0保持（C=0111 1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，D旷D3是并行数据输入端，Q旷Q 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U13C74LS0的 ST信号分别送给

8、U1 和U2的LOAD就可以得到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+壬00状态时，如果TL= 0，

9、则控制 器保持在00状态；如果，则控制器转换到 Q1 n+1Q0n+丰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

10、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。译码器的主要任务

11、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Q Q 0AG绿灯AY黄灯AR红灯BG绿灯BY黄灯BR红灯00100001010100011000110011001010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

12、 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 74LS16 0的计数。即交通灯需要显示的

13、时间。其设计如图 1-9 图 1-9 由 74LS48 和数码管组成的电路3.2 仿真结果与分析最终调试如下：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。如此循环下 去。仿真结果如下：四、本设计改进建议交通灯的状态转换和计时时间的显示，基本能实现甲、乙道路直行的显示功能。但交 通灯中没有右转灯，用的器材太多

14、，计时显示不是倒数计时。五、总结（感想和心得等）开始拿到题目的时候， 不知道怎么去做 , 因为自己对这门课的设计都不是很会， 对很多 器材的功能都不是很清楚，所以做得特别认真。从收集资料到设计电路再到仿真一共用了 三天的时间。连接仿真电路一共用了一天多的时间才做好。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， 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， 再加上查阅相关资料和询问老师及同学，增强了自己对知识的理解，很多不是很懂的问题 现在都已经一一解决了。在课程设计的过程中，我想了很多种方案，对同一个问题 （ 像计数 器的接法 ） 都想了很多种不同的接法， 最后还是采取了最后选择的这种方法进行连接。 熟悉 了仿真软件的使用，培养了我对数字集成电路应用方面的综合实践技能，掌握综合运用理论知识以解决实际问题的能力。通过电路设计、安