简易交通灯课程设计.doc

1、武夷学院电子工程系课程设计（论文）报告课 程 名 称 ：数字电子技术课程设计题目：简易交通灯控制电路专 业（班级）：电子信息工程姓 名：年 级：10级电信（2）学 号:指导教师：完成日期： 2012 年 6月 7日 摘 要此课程设计采用数字电路对交通灯控制电路的设计,简述了设计简易交通灯的电路原理，提出使交通灯控制电路，用数字信号自动控制两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法。通过电脑软件仿真，达到了这次设计的要求，并希望在今后的设计中能够查漏补缺，对交通灯系统进行扩展和完善。关键字：交通灯 定时 时钟脉冲 Proteus目 录摘 要2目录3一 引言4二 设计任务、要求4三 硬件电路设计53.1

2、设计思路53.2设计过程53.21交通信号灯控制器总设计框图5 3.22工作状态-63.23交通灯显示单元电路8四 电路元件介绍84.1 74LS138的功能原理84.2 74LS161的引脚图及功能104.3 74LS20的引脚图124.4 74LS00引脚图11 4.5 CD4049引脚图-13五 结论14六 仿真图15七 主要元件15八 设计心得体会16九 参考文献17简易交通灯控制电路一：引言：随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。

3、然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。因此，本次通过对交通灯的设计，了解交通灯的工作原理。二：设计任务、要求:设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则停止行驶

4、（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。两者交替允许通行。主干道每次放行40 秒，支干道每次放行30 秒，设立40 秒、30 秒计时、显示电路。在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮10 秒钟的黄灯作为过渡。三：硬件电路设计3.1设计思路：交通灯系统功能主要是控制主干道和支道上的红绿黄灯有序地亮熄，即在一定的时间内，一个干道绿灯亮，让车辆和行人通过，而此时另一个干道红灯亮，禁止车辆和行人通过。当黄灯亮起的时候，则表示过线的行人和车辆继续通行，没有过线的行人和车辆则要原定等待。为了实现交通的这个功能，我们需要一个显示电路，用来显示主干道和支干道上的红绿黄灯亮灭的情况，同时我们需要一个定时电路，

5、分别经行30s,25s,5s的定时以及时间在数码管上的输出。当然在这之前我们需要一个秒脉冲产生电路，用来产生1Hz的脉冲，整个电路在J-K触发器和定时脉冲的配合之下有序地进行着。3.2 设计过程 ：3.21交通信号灯控制器的总设计框图   图2-1 系统的原理框图 它主要由控制器、译码器和时钟脉冲信号发生器等部分组成。时钟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，由它控制定译码器的工作。图中交通灯现示又分为 主干道和支干道。主干道绿灯亮的时间间隔为30秒,定时时间到TL=1，否则，

6、TL=0。支干道绿灯亮20秒. 定时时间到TL=1，否则，TL=0。黄灯亮的时间间隔为10秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。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。 3.22 工作状态（1）主干道绿灯亮支干道红灯亮。表示主干道上的车辆允许通行，支干道禁止通行。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）支干道黄灯亮，主干道红灯亮。表示主干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）主干道红灯亮，支

7、干道绿灯亮。表示主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TR时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。 （4）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行，支干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3-2所示，控制器应送出主支道红、黄、绿灯的控制信号。表2-2控制状态

8、信号灯状态车道运行状态S0（00）主绿、支红主干道道通行，禁止通行S1（01） 主黄、支红主干道缓行，支干道禁止通行S3（11）主干道红、支干道绿主干道禁止通行，支干道通行S2（10）主干道红，支干道黄主干道禁止通行，支干道缓行AG=1主干道绿灯亮主干道通行BG=1支干道绿灯亮支干道通行AY=1主干道黄灯亮主干道缓行BY=1支干道黄灯亮支干道缓行AR=1主干道红灯亮主干道禁止通行BR=1支干道红灯亮支干道禁止通行3.23交通灯显示单元电路此电路就实现一个功能，通过此电路来实现对主干道、支干道红绿黄灯的有序控制。一般情况下的交通灯有四种状态 主干道绿灯亮，支干道红灯亮 主干道黄灯亮，支干道红灯亮

9、 主干道红灯亮，支干道路灯亮 主干道红灯亮，支干道黄灯亮其中红灯亮30秒，绿灯亮25秒，黄灯亮5秒四 电路元件介绍- 10 -4.174LS138 功能原理原理：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，138 还可作配器。还可用在8086的译码电路中，扩展内存。引脚图：真值表：4.2 74LS161引脚图及功能74LS161是常用的四

10、位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。<74ls161引脚图>74LS161功能表：输 入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加1从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后

11、，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。4.3 74LS20引脚图74ls20是常用的二4输入与非门电路，在数字电路和单片机系统中常用。74LS20引脚图如下：逻辑表如下4.4 74LS00引脚图74ls00为四2输入与非门

12、，管脚图引脚图如下：逻辑表如下图4.5 CD4049功能原理CD4049是六反相缓冲器，具有仅用一电源电压(VCC)进行逻辑电平转换的特征。用作逻辑电平转换时，输入高电平电压(V IH)超过电源电压V CD。该器件主要用作COS/MOS到DTL/TTL的转换器，能直接驱动两个DTL/TTL负载。CD4049可替换CD4009，因为CD4049仅需要一电源电压，可取代CD4009用于反相器、电源驱动器或逻辑电平转换器。CD4049与CD4009引出端排列一致，16引出端是空脚 ，与内部电路无连接。引脚图：五、结论整个交通灯系统的仿真仍然采用采用Proteus软件。接上电源, 将脉冲电路，交通灯显

13、示电路全部连接起来，便可以进行交通灯控制系统的仿真，即可实现设计的要求。当主干道红灯亮30s，支干道绿灯亮25s；支干道绿灯亮完25s后，支干道黄灯亮5s。然后支干道红灯亮30s，主干道绿灯亮25s；主干道绿灯亮完25s后，主干道黄灯亮5s.六、仿真图七、主要元件集成电路： 74LS1612片 74LS1382片74LS001片 74SL202片CD40491片电阻： 110欧姆6个 LED灯红绿黄各2个八、设计心得体会通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。发现设计或者仿真都特别需要耐心。这次我的战线拉得有点长，不过真的学了好多东西。做课程设计的时候,我把整个书本都看了两遍，很多以前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，运用不同的芯片进行了比较。而且通过这次设计，我觉得自己处理问题上也有了一些经验，自己设计和仿真思维有了很大的提升。同时，在设计的过程中我没有考虑到实际的一些问题。比如各类的干扰，会引起高低电平的跳变。因为我在设计中没有添加自启功能，也没有设计复位电路，这样，如果收到外界的干扰，进入无效状态，就不