交通灯控制电路设计报告

课程设计（大作业）报告课程名称： 数字电子技术设计题目：交通灯控制电路设计院系：信息技术学院班级：2012计算机科学与技术2班设计者：学号：指导教师：设计时间：2013.12.23--2013.12.27信息技术学院昆明学院课程设计（大作业）任务书姓名： 院（系）：信息技术学院专业：计算机科学与技术 学号：任务起止日期：2013.12.23-2013.12.27课程设计题目：交通灯控制电路设计课程设计要求：设计交通逻辑控制电路，来实现十字路口的自动交通控制。完成一个交通灯控制路设计、系统仿真，实现以下功能：一个具有主、支路的路口。（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25秒、支干道25秒。设计25秒计时显示电路。（4）在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5秒的黄灯作为过渡，设置5秒计时显示电路。工作计划及安排：1、查阅资料1天。分析比较、选择设计方案；2、总体设计2天。设计计算、元件选取、绘制电路原理图；3、软件仿真及调试0.5天。利用Proteus软件构建电路，进行虚拟仿真;4、故障排除0.5天。根据调试过程中出现的问题，逐一查找原因，排除故障，使电路达到设计要求；5、撰写课程设计报告0.5天。写出设计思路、工作原理，画出电路结构框图，绘出电路原理图，给出设计参数及调试电路数据，分析设计中遇到的问题和解决方法及设计心得体会；6、答辩0.5天。指导教师签字年月日

课程设计（大作业）成绩学号： 姓名：指导教师：课程设计题目：交通灯控制电路设计总结：经过一周数字电子技术的课程设计,完成了交通灯控制电路。通过这次数字电子技术课程设计，使我对数字电子技术在实践中的应用有了更深刻的理解。通过一周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数字电子技术的应用技术，以及数字电子技术的知识和有关电子元件的应用。我更深刻体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。在设计的过程中,培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。让我体会到了设计的艰辛，同时更让我体会到成功的喜悦和快乐。这次课程设计,使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。经过这次课程设计，我学到很多东西。但同时也发现了很多自身的不足,有限的知识不足以解决在学习生活中所遇到的系列问题。同时，也感谢老师在课程设计中的耐心指导。指导教师评语：成绩：填表时间： 指导教师签名：目录一、设计目的 5二、设计要求和设计指标 5三、设计内容 53.1交通灯控制电路的工作原理 53.2主要器件 113.3仿真结果分析 11四、本设计改进建议 12五、总结 12六、主要参考文献 13一、设计目的为了确保十字路口的车辆顺利、畅通得通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。在学完《数字电子技术基本教程》之后，集中一周时间，进行复杂程度高、综合能力较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求到达以下目的：进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；熟悉并掌握Proteus仿真技术，能独立完整地设计一定功能的电子技术，以及仿真和调试等的综合能力；掌握各芯片的逻辑功能及使用方法，提高电子电路的设计和实验能力；熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。二、设计要求和设计指标运用Proteus仿真技术，独立完整地设计一定功能的电子技术，以及仿真和调试等的综合能力。及设计一个交通逻辑控制电路,实现十字路口的自动控制.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25秒、支干道25秒。设计25秒计时显示电路。4、在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮25秒的黄灯作为过渡，设置5秒计时显示电路。三、设计内容3.1交通灯控制电路的工作原理该电路主要由控制器、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。如下图1所示为交通灯控制电路系统原理图图1.交通灯控制系统原理图定时器定时器（图2）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的定时信号和模25的定时信号。计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。74LS160是十进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。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，，RCO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q3是数据输出端。图2.定时器原理图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=168K、R9=15K,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是为了保持输出的波形的稳定。如图3所示，R9=15K、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3.秒脉冲发生器原理图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，如下所示。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。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：注: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：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。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。原理图如图4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。如图3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图4.交通灯控制器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。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如下表所示。表中A、B代表甲、乙车道。表2控制器状态编码与信号灯关系表Q1Q0AG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5倍；TL和TL非放大的结果是秒脉冲的25倍。TY非、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。电路图设计如下图5所示：图5.译码器原理图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6所示：图6.74LS48和数码管3.2主要器件元件数量(片/个)元件数量(片/个)NE551200欧姆电阻974LS160215K欧姆电阻174LS08468K欧姆电阻174LS0430.01uF电容174LS153210uF电容274LS742发光二极管674LS4823.3仿真结果仿真图图7.整体图（右数从上三个为甲车道,后三个为乙车道）结果分析: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。本设计改进建议1、计时是正计时，未能设置成倒计时；2、线路多易混淆。3、没有置数功能。五、总结经过一周数字电子技术的课程设计,完成了交通灯控制电路。通过这次数字电子技术课程设计，使我对数字电子技术在实践中的应用有了更深刻的理解。通过一周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数字电子技术的应用技术，以及数字电子技术的知识和有关电子元件的应用。我更深刻体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。在设计的过程中,培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。让我体会到了设计的艰辛，同时更让我体会到成功的喜悦和快乐。这次课程设计,使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的