交通灯设计电路大学数电课程设计.doc-资料库

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西安郵電學院数字电路课程设计报告书题目：交通灯控制器系部名称：学生姓名：专业名称：班时级：间：

交通灯控制器一、任务要求：为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下： 1.设南北方向的红、黄、绿灯分别为 r，y，g；东西方向的红、黄、绿灯分别为 R，Y，G，满足图 1 的工作流程并且可以并行工作：g（R）→r（G），黄灯用于闪烁提示绿灯变为红灯。主干道绿灯亮控制器状态 S0 支干道红灯亮定时 30 主干道黄灯亮控制器状态 S1 支干道绿灯亮主干道红灯亮主干道红灯亮定时 5 秒控制器状态 S2 定时 20 控制器状态 S3 定时 5 秒图 1：时序工作流程支干道绿灯亮支干道黄灯亮 2.满足两个方向的工作时序：东西方向红灯亮的时间应等于南北方向黄、绿灯亮的时间之和；南北方向红灯亮的时间应等于东西方向黄、绿灯亮的时间之和。其中东西方向为主干道，绿灯亮 30 秒，红灯亮 20 秒，黄灯 5 秒；南北方向为支干道，绿灯 20 秒，红灯 30 秒，黄灯 5 秒。

3.十字路口要有数字显示装置，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体要求为：当某方向绿灯亮时，置计数器为某一个数值，然后以每秒减 1 的计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，进入另一个方向的工作循环。例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为 19，并使数显计数器开始减“1”计数，当减法计数到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数码管显示的数值应为 4，当减法计数到“0”时，黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数码管的显示为 29。二、总体方案： 1．分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯控制系统的原理框图如图 2 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，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。 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。图 2 交通灯控制系统的原理框图 2．分析系统的状态变化，列出状态转换表：（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）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 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，支干道黄灯亮。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 TL 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，支干道上未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 1 所示，控制器应送出主、支干道红、黄、绿灯的控制信号。如下：控制状态 S0（00） S1（01） S3（11） S2（10）信号灯状态主绿，支红主黄，支红主红，支绿主红，支黄车道运行状态主干道通行，支干道禁止通行主干道缓行，支干道禁止通行主干道禁止通行，支干道通行主干道禁止通行，支干道缓行表 1 控制器工作状态及功能三、单元电路设计 1、脉冲产生电路：用 555 产生，电阻，电容如图 3：图 3：脉冲产生电路 2、状态控制电路：用 74LS161 实现，由于 74LS161 的输出端按 00—01—10—11 一直循环下去，所以可以利用 QB、QA 作为状态输出端。如图 4：

图 4：状态控制电路 3、倒计时电路：用 74LS161，74LS48 ， 7404，数码管，电阻。如图 5：当每一状态发生变化时，置入的数据将跟着变。数码管显示秒数：主干道 S0：绿灯 29~0 S1：黄灯 04~0 S2：红灯 19~0 S3：红灯 04~0 支干道红灯（30 秒）红灯（5 秒）绿灯（20 秒）黄灯（5 秒）图 5：倒计时电路

4、信号灯电路：用 74LS74，74LS08，发光二极管。如图 6：图 6：信号灯电路四、总体电路图：图 7：交通灯总体电路图

五、各单元电路波形图：六、调试过程中的问题： 1、第一次画好电路图连接电路时，没注意到面包板的线路是否连通，结果接完一个分支电路却实现不了功能，后来先查发现面包板有一处不连通，问题解决。而后面我也每完成一个分支电路都要用万用表测试一下该单元电路的连通性和正确性，以避免同样的错误再次发生。 2、第一次接好电路由于没能结合面包板的连通性，致使最终所的的电路模型相当的杂乱，而且出现了几处错误都不好检查。后来我拆了重连，这次由于有了上次的经验，使得电路的布局大大简化，而且还精简了原电路图，使用的芯片更少，功能更强，结构简单了，检查电路也方便的多了。 3、调试电路前，首先要检查一下各个芯片是否完好，我就为了一个坏掉的 7474 而浪费了 2 个小时的时间。在调试的时候，我的电路总是在记数的时候发生错误，经检查新片和电路均未有错误，我试着换了一个电源，一切正常，所以电源的稳定很重要，要注意检查。 4、由于是在一小块面包板上完成一个集成电路，所以电路的连线比较繁琐，接线的时候要特别注意芯片的管脚，同时注意一下芯片是否插紧，导线是否松弛等等。 5、实验中还遇到了其他的一些问题，但最后都在老师或同学的帮助下得到了完美的解决。

七、设计分析总结：经过这两周的实习，我收获最大的就是很好的复习了一下数电所学的内容，同时也提高了自己的动手实践能力，在实践中去检验自己的知识，要比只看书本记得更牢，理解的更深。在连接电路上，我前前后后一共花了一周的时间，中间又拆了重连，虽说电路不复杂，但要把那么多细小的导线一根根按顺序连起来也并非一时半会儿能弄好的，导线要横平竖直，尽量不要交叉，不能从芯片上走线等等，这又给了我一次布线的机会(^-^)。一个作品完成了，作品的好坏要从作品的质量上看，而质量就从作品（交通灯）的功能性和稳定性来考虑，看它是否达到了设计所要求的目标。这次实习不仅仅是一次动手能力的实践，也是锻炼我们思维能力和意志力的实践，我们从书上学到的是死知识，但通过实习，活跃了我们的思维，也给了我们一个发挥自己创新能力的机会，书本和实践相结合，就是最终的作品。既是动手实践就会遇到各种问题，也会面对重重困难，不畏艰难，知难而进就是我们解决问题的方法。感谢这次实践，感谢给我们安排这次实践的老师，感谢在实习中给予我帮助的老师和同学。八、参考文献： 1、《数字电路逻辑设计》（脉冲与数字电路第三版）王疏银主编高等教育出版社 2、《数字电路实验指导书》（西安邮电学院电子与信息工程系）张亚婷王利杨乐周丽娟郭华编 3、《高级逻辑器件与设计》.第一版. 齐怀印、卢锦编著. 北京：电子工业出版社，1996年附表：实验所需器材： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 计数器 D 触发器七段译码器二输入与非门非门脉冲产生芯片七段 LED 数码管发光二极管 100 欧姆、4.7K 欧姆、150K 欧姆电阻 4.7 微法、0.01 微法电容 74LS161 二片 74LS74 一片 74LS48 两片 74LS00 一片 74LS04 二片一片两个六个共五个各一个 555 R C

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