交通灯控制电路设计

1、长 沙 学 院电子技术课程设计说明书题目交通灯控制电路设计系(部)电子信息与电气工程系专业(班级)电气工程及其自动化姓名龙欣学号B20140401214指导教师张海涛起止日期5.30-6.3电子技术课程设计任务书(27)系（部）：电子信息与电气工程系 专业：电气工程及其自动化 指导教师：张海涛课题名称交通灯控制电路设计设计内容及要求由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口， 为确保车辆安全、 迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、 绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线外。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义

2、。设计要求：1.掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。 2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法，能够运用所学知识设计一定规模的电路。 设计任务：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30s、支干道20s。设计 30s 和 20s 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，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，设置5s 计时显示电路。 设计工作量1、系统整体设计；2、系统设计及仿真；3、在Multisim或同类型电路设计软件中

3、进行仿真并进行演示；4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。进度安排起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料第二天设计方案论证第三天进行具体设计第四天进行具体设计第五天编写设计说明书指导老师意见年 月 日教研室意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名龙欣学号B20140401214专业电气班级2设计题目交通灯控制电路设计指导教师张海涛指导教师意见：评定成绩： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定成绩：答辩小组长签名：日期：教研室意见：最终评定等级：教研室主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、

4、“中等”、“及格”、“不及格”五等。目录1.设计内容和要求41.1设计目的41.2设计内容41.3设计要求52. 设计方案52.1设计原理52.2设计方案62.3基本元器件的选择选择和电路组成62.3.1基本元器件的选择62.3.2电路组成8113.Multisim软件运行仿真113.1运行仿真结果113.2干道通行状态表113.3运行结果分析12参考文献131. 设计内容和要求1.1设计目的 随着经济的发展，私家车拥有量增加，城市交通压力增大，拥堵日趋严重，设计交通灯控制电路以缓解交通阻力。交通灯在交通环境中扮演着角色，指挥着十字路口的车辆和行人井然有序的安全通过，缓解拥堵，减少交通事故的发

5、生。本文运用数字电路技术知识自行设计一个小型数字系统。通过系统设计、Multisim软件仿真、电路调试，掌握小型系统的组装和调试技术，掌握查阅有关资料的技能。基本任务是设计一个交通灯控制电路小型模拟电子系统。1.2设计内容 由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口， 为确保车辆安全、 迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、 绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线外。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。1.3设计要求1.掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。 2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法，能够运用

6、所学知识设计一定规模的电路。 设计任务：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30s、支干道20s。设计 30s 和 20s 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，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，设置5s 计时显示电路。 2. 设计方案2.1设计原理【2】根据设计要求，允许通行时亮绿灯，主支干道交替允许通行，主干道每次放行30s、支干道20s。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。即：主干

7、道绿灯亮30秒后，黄灯亮5秒，在这35秒内，支干道的红灯一直亮着，之后支干道绿灯亮20秒后，黄灯亮5秒，在这25秒内，主干道的红灯一直亮着，并依次循环(如图2.1)图2.12.2设计方案交通灯控制电路设计主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是此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2.2 TL: 表示主干道或支干道绿灯亮的时间间隔，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。    &#

8、160; 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个工作状态的定时。2.3基本元器件的选择选择和电路组成2.3.1基本元器件的选择（1）信号源 1个（时钟脉冲源） 每隔1秒进行倒计时，T=1/f 选择频率为1Hz的脉冲源。 如图 图2.3.1（2） 芯片：（74LS190）×2片， （74LS163）×1片， （74LS138）×1片， 如图图2.3.2 74LS190芯

9、片引脚图图2.3.3 74LS163芯片引脚图图2.3.4 74LS138 芯片引脚图（3） 逻辑门：74LS02D 或非门×2个，74LS08D与门 ×7个， 74LS32D 或门×2个，74LS04D非门×5个， 74LS20D 四输入与非门×1个；（4） 倒计时显示器：四引脚共阴极数码管×2个 如图图2.3.5 四引脚共阴极数码（5） 交通灯TRAFFIC_LIGHT_SINGLE ×2个 如图图2.3.6 交通灯TRAFFIC_LIGHT_SINGLE2.3.2电路组成1.控制器由74LS163芯片以及其他的逻辑门构

10、成。74LS163芯片与74LS190芯片连接采集脉冲信号，进行加计数，并输出逻辑电平信号，控制3-8译码器，从而控制红绿灯的亮灭。74lLS163工作原理：74lLS163是单时钟同步十六进制计数器，有置零和置数功能，时钟作用在上升沿。因为是同步计数器，当译出置数信号时必须等到时钟信号上升沿到来时才能置数，但上升沿到来时计数器又向高一位计数了。假设用74LS163芯片构成一个八进制计数器 ，在01117时译出置数信号与进位信号C，将置数信号输出端接至置数端，当上升沿到来时计数器本身被置8，但只有极短的存在时间，计数器马上被置数，进位信号变为0，只要将置数输入端D1到D4全部接地，就能将计数器

11、置为0000。图2.3.7 74LS163芯片真值表图2.3.8 74LS163芯片功能表2.定时器由2片74LS190芯片级联及一个四输入与非门构成。74LS190工作原理： 可逆计数器74LS190，可以实现加法或减法的计数，通过设定加/减控制信号U/D=1可进行减法计数，由于芯片本身就带有异步的置数端LOAD且为低电平有效，当置入控制端为低电平时，不管时钟CP 的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（D0D3）相一致的状态。 74LS190 的计数是同步的，靠CP 加在4 个触发器上而实现。当计数控制端（CT ）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0Q3同时变化，从而消除了异

12、步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（U /D）为低电平时进行加计数，当计数方式控制（U /D）为高电平时进行减计数。只有在CP 为高电平时CT 和U /D 才可以跳变。 由于25秒的倒计时需要用两片的74LS190芯片才能实现，利用 RC 端，可级联成三十进制同步计数器。当采用并行CP控制时，则将RC 接到后一级CT ；当采用并行CT 控制时，则将RC 接到后一级CP。个位芯片的串行时钟输出端CO是低电平有效的，当状态为0时，输出为CO=0，下一个状态变为9时，输出为CO=1，所以有一个上升沿的产生，这正可以作为十位芯片的时钟信号，从而采用串行借位方式来实现倒计时。图2.3.9 74LS

13、190功能表3.译码器74LS138译码器的主要任务是将控制器的输出的4种工作状态，翻译成2个干道上的6个信号灯的工作状态。3-8译码器工作原理：译码器可以将输入代码的状态，翻译成相应的输出信号，以高低电平的形式在各自的输出端口送出。译码器有多个输入端和多个输出端，假如输入端的个数为n，输出端的个数最多有2n。从图5可以看出，3-8译码器有三个输入端A0、A1、A2和八个输出端Y0Y7，当输入端的编码为000时，译码器输出为Y0=0，Y1Y7=1。即Y0对应于A0、A1、A2的000状态低电平有效。图中S1、S2、S3为使能控制端，起到控制译码器是否能进行编码的作用，只有S1为高电平，S1、S

14、3为低电平时，才能进行译码，否则不论输入何值，每个输出均为1。图2.3.10 74LS138芯片功能表4显示器由两个共阴极四引脚的数码管组成。【1】图2.3.113.Multisim软件运行仿真3.1运行仿真结果【4】图2.3.123.2干道通行状态表下面用主、支干道车辆通行情况进行描述：（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30时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。 （2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。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，支干道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔5时，控制器发出状态转换信号，

15、转到下一工作状态。 （3）主干道红灯亮，支干道绿灯亮。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20时，控制器发出状态转换信号，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5时，控制器发出状态转换信号。（5）系统又转换到第（1）种工作状态，依次循环。 输入输出CP脉冲74LS1633-8译码器信号灯状态车辆通行状态000Y0=0主绿、支红主干道通行，支干道禁止通行001Y1=0主黄、支红主干道缓行，支干道禁止通行010Y2=0主红、支

16、绿主干道禁止通行，支干道通行011Y3=0主红，支黄主干道禁止通行，支干道缓行3.3运行结果分析如图所示：74LS163芯片通过四输入与非门与74LS190芯片连接采集脉冲信号，进行加计数，并输出逻辑电平信号，由3-8译码器Y0、Y1、Y2、Y3端输出，经过非门,并和CP脉冲一起连接到其他逻辑门从而控制绿、黄、红灯。因为74LS163芯片置数端LD与3-8译码器的Y3输出端相连，所以74LS163计数输出000、001、010、011四个状态后便重新置零，循环输出，以控制红绿灯的循环亮灭。结果分析：a.74LS163芯片输出逻辑电平信号000， 3-8译码器输出端Y0=0，其他输出端为“1”。

17、Y0输出信号经过非门后变为“1”，之后和上升沿脉冲“1”连接到一个与门，输出信号为“1”，交通灯U13红灯亮；与此同时， Y1输出信号“1，交通灯U12绿灯亮。B.30秒之后，74LS163芯片输出逻辑电平信号001，3-8译码器输出端Y1=0，其他输出端为“1”。Y0输出信号经过非门变为“1”，再通过与门与1HZ脉冲信号相连接输出至U12，此时交通灯U12黄灯亮，U13依旧红灯亮。c.黄灯亮后5秒，74LS163芯片输出逻辑电平信号010，3-8译码器输出端Y1=0，其他输出端为“1”。Y1输出信号经过非门变为“1”交通灯U13绿灯亮。之后，红绿黄灯循环亮灭。4.设计心得通过本次课程设计，加强了我动手，思考，解决问题的能力。完成一次课程设计，也是加深一次对课本知识的理解和巩固。平时课间学习时间不能很好的理解各个元件的各个功能