交通灯控制课程设计

1、等级: 课 程 设 计课程名称数字电子技术课题名称交通灯控制器专 业班 级学 号姓 名指导老师2015年6月30日 电气信息学院课程设计任务书课题名称交通灯控制器姓 名专业班级学号指导老师课程设计时间17周 - 18周一、任务及要求课程设计任务可采用数字电路实验台，试验箱、单片机或FPGA开发板（由指导老师安排）完成。具体要求如下：（一）、设计内容:交通灯控制器设计：为了确保十字路口的车辆畅通的通行，往往采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯亮，表示该条道路禁止通行，黄灯表示停车，绿灯表示允许通行。试设计个一个十字路口的交通信号控制器，要求如下： 1、要求甲车道和乙车道两交叉以上的车辆交

2、替运行每次通行时间都设为30s. 2、要求黄灯先亮5s，才能变换车道。黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。 3、时间用数字显示（二）、设计要求： 1、设计思路清晰，给出整体设计框图； 2、设计各单元电路，给出具体设计思路、电路图、器件清单； 3、总电路设计； 4、安装调试电路； 5、写出设计报告；二、进度安排 第十七周：星期一 : 课题内容介绍和查找资料； 星期二 : 总体电路设计和分电路设计； 星期三 : 领元件； 星期四 ：检查元件、安装电路； 星期五 ：安装、调试电路；第十八周：星期一 : 安装、调试电路； 星期二 :安装、调试电路； 星期三 : 验收电路星期四 ：写设计报告，打印相关图纸； 星

3、期五 ：答辩三、参考资料1、电子技术课程设计历雅萍、易映萍编2、电子技术课程设计指导 彭介华、主编 高等教育出版社3、电子线路设计、实验、测试 谢自美主编华中理工出版社。目录1、 课程设计的任务要求12、 设计方案1 1、交通灯逻辑分析1 2、总体设计方案2三、单元电路（子模块，子程序）分析31、秒脉冲信号发生器的设计3 2、定时器的设计3 3、控制器的设计5 4、显示电路的设计7 5、交替置数的设计8 6、交通灯总电路图9四、电路安装调试10 1、安装10 2、调试10五、元件清单12六、总 结12附页、课程设计成绩评分表13一、课程设计的任务要求： 1、设计思路清晰，给出整体设计框图； 2

4、、设计各单元电路，给出具体设计思路、电路图、器件清单； 3、总电路设计； 4、安装调试电路； 5、写出设计报告；二、设计方案： 交通灯控制电路系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、数据选择器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时器向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管（红、黄、绿）发光。译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，产生倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。整体设计框图如图1-1所示： 图1-1 整体设计框图1、交通灯逻辑分析：图1-2表示甲车道和乙车道的十字路口

5、交通灯系统，每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许车辆通行，红灯表示禁止通行，黄灯为过渡灯，表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆禁止通行。图1-2 交通灯控制系统原理框图2、总体设计方案：图1-2为交通灯的一个整体设计框图。系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码器、信号灯显示器组成。其中控制器是核心部分，由它控制定时器和译码器的工作，秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号，译码器输出两路信号灯的控制信号。图中TL、TY为定时器的输出信号，ST为控制器的输出信号。TL ：表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为30秒，即车辆正常

6、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 ：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一个工作状态的定时。因此，用定时器分别产生两个时间间隔后，向控制器发出“时间已到”的信号，控制器根据定时器的信号，决定是否进行状态转换。如果肯定，则控制器发出状态转换信号ST，定时器开始清零，准备重新计时。交通灯控制器的控制过程分为四个阶段，对应的输出有四种状态，分别用S0、S1、S2、S3表示。S0状态：甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮，此时甲车道允许车辆通行，乙车道禁止车辆通行。当甲车道绿灯

7、亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。S1状态：甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮，此时甲车道允许超过停车线的车辆继续通行，而未超过停车线的车辆禁止通行，乙车道禁止车辆通行。当甲车道黄灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。S3状态：甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。此时甲车道禁止车辆通行，乙车道允许车辆通行，当乙车道绿灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。S2状态：甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。此时甲车道禁止车辆通行，乙车道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁止通行。当乙车道红灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进

8、入下一个状态-S0状态。表1-1 状态转换表控制器应送出甲、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，并作如下规定：G1=1：甲车道绿灯亮；G2=1：乙车道绿灯亮；Y1=1：甲车道黄灯亮；Y2=1：乙车道黄灯亮；R1=1：甲车道红灯亮；R2=1：乙车道红灯亮。三、单元电路（子模块，子程序）分析：1、脉冲信号发生器的设计：本实验采用实验箱，脉冲信号发生器接到1Hz信号输出端上。 2、定时器的设计：用74LS192直接构成减法计数器，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号ST的作用下，计数器以减计数向控制器提供TY、TL的时间信号。74LS192是同步十进制可逆计数器，

9、用它进行减计数与数字显示倒计时相符合。74LS192可以级联，只需要4片即可向控制器提供TL、TY的信号，倒计数可在数字显示电路中实现。用74192节省材料，节约成本，而且由于经常应用，因而使用起来较方便，具有其独特的优良性。74LS192的功能表如表1-2所示：表1-2 74LS192的功能表主要功能为：（1）、CPu为加计数时钟输入端，CPd为减计数时钟输入端。 （2）、PL为预置输入控制端，异步预置。 （3）、MR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 （4）、TCu为进位输出：1001状态后正脉冲输出， （5）、TCd为借位输出：0000状态后负脉冲输出。定时器电路如图1-3所示：图1-

10、3 定时器电路图图中U2为个位计数器，U1为十位计数器。U2由定时器供给其脉冲。当其从9计数到0时，产生一个低电平，随即有一个上升沿，供给U2做时钟脉冲，此时U2计数减一，实现两片芯片的级联。由于整个电路是从23计数，减一到01，再恢复至23，重新开始计数，所以，芯片由二者的TC共同与非再置数。3、控制器的设计：列出状态转换表，如表1-1所示。选用两个触发器作为时序寄存器产生四种状态，控制器的转换条件为TL、TY及TS，当控制器处于Q1nQ0n = 00 状态时，如果TL=0，则控制器保持在00状态；如果TL=1，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1=01状态。这两种情况与条件TY和TS无关，所

11、以无关项用“×”表示。其余情况依次类推，同时列出状态转换信号ST。表1-3逻辑赋值后的状态表表1-4 控制器的状态转换表根据上表，写出状态方程和状态转换信号方程为：用四选一数据选择器和D触发器实现，设A1A0 = Q1nQ0n ，其他变量通过数据输入端输入。数据选择器用74LS153，触发器用74LS74。设计中将触发器的输出看作逻辑变量，将TL、 TS看作输入信号，按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现以上三个逻辑函数，并将触发器的现态值加到数据选择器的选择变量端，数据选择器的输入端信号可以根据状态方程和转换信号方程得出。就可得到控制器的原理图，触发器的时钟输入端输入秒脉

12、冲。系统的输出是在Q1Q0驱动下的六个发光二极管，各状态与信号灯的关系由表1-4给出，因此，得到二极管信号与控制器状态变量的关系为：甲车道：G1= Q1*Q0 Y1= Q1*Q0 R1=Q1 乙车道： G2= Q1*Q0 Y2= Q1*Q0 R2= Q1表1-5 信号灯与控制器状态编码表控制电路如图1-4所示：图1-4 控制器电路图4、显示电路的设计：采用74LS192进行减计数，然后将输出通过CD4511接到七段显示译码器上。CD4511是用来驱动共阴数码管的。显示电路如图1-5所示： 图1-5 数码管显示电路5、 交替置数的设计：交通灯在过程中，红黄绿三种状态，按照任务书中的要求亮灭，其中

13、的亮灭是有时间限制，红灯亮35秒，黄灯亮5秒，绿灯亮30秒。这就需要置数，而且置不同的数。对应于甲车道和乙车道，则还需要涉及到甲车道和乙车道的协调与同步。比如甲车道红灯要和乙车道的绿灯同时亮，乙车道的绿灯只能亮30秒，此时乙车道就需要亮黄灯5秒，乙车道黄灯5秒走完，同时甲车道红灯的35秒也走完了，此时甲车道置30秒亮绿灯，而乙车道置35秒亮红灯，这就需要交替置数。交替置数的设计图如图1-6所示：图1-6 交替置数电路图6、交通灯总电路图：完成以上各个部分的电路设计，得到交通灯总电路图如图1-6所示：图1-7 交通灯总电路图四、电路安装调试：1、安装：（1）、首先要确定仿真图的结果是否符合课程设

14、计要求，仿真图要尽可能的清晰，特别是线多的地方注意不要重叠，所以要仔细看清每条线的走向。并确定仿真图中的元器件是否在实验室可以找到，若不能则要重新修改电路图。（2）、按照仿真图，到实验室领取所需的元器件，注意，领器件时可以多领一两个备用。（3）、测验设备，领到器件和实验箱后，首先检查实验箱的各个部件是否完好，测验一下芯片插槽是否连结完好，再用万能表或者显示灯测验每一根导线连接是否良好，最后测验芯片，按照各芯片的功能测试芯片是否能正常工作，不能工作的要及时向老师调换。（4）、排版、接线，首先，根据仿真图上各器件的位置，排好所要用的芯片，注意尽可能的排得合理，稀松，因为我们所用的芯片插板先对比较小

15、的，且电路比较复杂。第二，接线时应该一个一个模块接，接好后依次检查，切忌接完所有电路时在检查，那样一旦接错检查就非常困难。2、调试：（1）、调试时先测试脉冲信号，可以把脉冲信号直接接一个灯，观察灯是否随着脉冲信号的高低电平的输入而跳动，同时观察灯跳动的频率。（2）、目测，检查外部的各种元件或电路是否有线没接好。（3）、逻辑笔测试，用逻辑笔复核目测中有疑点的连接点，再检测各电源线与地线之剑是否短路。最终调试结果如下：接上电源,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路把通车时间设为30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，时间设为35秒。甲车道的显示器显示30，每秒减1，减到0时，甲车道的绿灯转换为黄灯，时间设为5秒。乙车道灯不变。甲车道从5减到0时，甲车道的黄灯转换为红灯，时