交通灯设计报告

交通灯 实验目的：
1．掌握时序逻辑电路的设计方法，灵活运用理论知识。

2．提高学生的数字系统设计能力和实际动手能力。

3．进一步了解如何将数字电路设计应用到自动控制系统中，从而提高解决实 际问题的能力。

4．为学习和使用计算机打下良好的基础。

实验内容：
用中小规模逻辑器件设计交通灯控制电路。

实验要求：
1．设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求东西方向和南北方向车道两
条交叉道路上的车辆交替运行。

在十字路口的两个方向上各设一组红、黄、绿灯，红灯（图1）。

表示禁止通行，绿灯表示可以通行。

2．设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上绿灯亮的时间是20s ，另一个方向上绿灯亮的时间是30s ，黄灯亮的的时间都是5s 。

3．当任何一个方向出现特殊情况，按下手动开关，其中一个方向常通行，倒计时停止。

当特殊情况结束后，按下自动控制开关，恢复正常状态。

图1
实验所用的器材：
主要芯片
数量
/个
其他器材 数量/个 74LS161 3 数码管 2 74LS48 2 二极管 6 74LS04 3 限流电阻 3 74LS00
1
4.7uF 电容
1
倒计数 计时器
绿灯
黄灯 红灯
红 黄 绿
灯 灯 灯
交通灯控制系统主要由控制器、译码器和秒脉冲信号发生器等器件组成。

其系统框图如图2。

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，由它控制译码器的工作。

图2 交通灯控制系统的原理框图
时钟信号产生电路主要由555定时器组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生一定的“0” 、“1 ”信号。

这些信号通过时间显示电路转化成时间信号，在通过数码管显示时间。

同时这些信号通过交通灯显示电路转化成6个独立的交通灯信号，用二极管代替交通灯，实现红绿黄灯之间的转换。

根据设计主、支干道信号一次循环需要60个信号，所以用2个74LS161级联实现，U1代表低位芯片，U2代表次高位芯片，取反码容易实现后面的时间显示代码，以进行倒计时，其真值表如图所示。

D3D2D1D0，d3d2d1d0分别为7LS161高、低位输入信号.“0”为低电平，“1”为高电平，二极管在高电平的时发光，低电平的时不发光。

74LS08 1 0.01uF 电容 1 555定时器 1 150k 电阻 1 74LS74 1 4.7k 电阻 1 74LS139
1
序号
状态
U2 U1 时间 计数
支干道
主干道
D3D2D1D0
D3d2d1d0 绿 黄 红 绿 黄 红 01 00
1101 0110 29 1 0 0 0 0 1 02 1101
0111
28 1 0 0 0 0 1 03 1101 1000 27 1 0 0 0 0 1 04 1101 1001 26 1 0 0 0 0 1 05 1101 1010 25 1 0 0 0 0 1 : :
:
: : : : : : : 11 1110 0110 19 1 0 0 0 0 1 12 1110 0111 18 1 0 0 0 0 1 : :
: : : : : : : 21
1111
0110 09 1
1
秒脉冲发生器
控制器 译码器
定时器
主干道信号灯
支干道信号灯
功能实现：
时钟信号发生器：
通过555芯片按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生周期不同的方波脉冲，即不同的频率脉冲。

课程设计需要秒脉冲，利用的2个电容，2个电阻，产生稳定的“秒”脉冲（f=1Hz ）信号，确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。

22 1111 0111 08 1 0 0 0 0 1 :
: : : : : : : 27 1111 1100 03 1 0 0 0 0 1 28 1111 1101 02 1 0 0 0 0 1 29 1111 1110 01 1 0 0 0 0 1 30 1111
1111
00 1 0 0 0 0 1 31 01
1111 1011 04 0 1 0 0 0 1 32 1111 1100 03 0 1 0 0 0 1 33 1111 1101 02 0 1 0 0 0 1 34 1111
1110
01 0 1 0 0 0 1 35 1111 1111 00 0 1
0 0 0 1 36 11 1110 0110 19 0 0 1 1 0 0 37 1110 0111 18 0 0 1 1 0 0 : : : : : : : : 46 1111 0110 09 0 0 1 1 0 0 : :
: : : : : : ∶ 53 1111 1101 02 0 0 1 1 0 0 54 1111
1110
01 0 0 1 1 0 0 55 1111 1111 00 0 0
1 1 0 0 56 10 1111 1011 04 0 0 1 0 1 0 57 1111 1100 03 0 0 1 0 1 0 58 1111 1101 0
2 0 0 1 0 1 0 59 1111 1110 01 0 0 1 0 1 0 60
1111 1111
00
1
1
计时器：
设计要求对不同的状态维持的时间不同，而且要以十进制倒计时显示出来。

用两个74LS161完成计时器状态产生模块设计。

设计思路：
要以十进制输出，而又有一些状态维持时间超过10秒，用两个74LS161分别产生个位和十位的数字信号。

显然，计数器能够完成计时功能，我们可以用74LS161设计，并把它的时钟cp接秒脉冲。

74LS161计数器是采用加法计数，要想倒计时，则在74LS161输出的信号必须经过非门处理后才能接入数码管的驱动74LS48，而在显示是最好以人们习惯的数字0---9显示计时，故在设计不同模值计数器确定有效状态时，以0000，0001，0010-----1111这些状态中靠后的状态为有效状态。

例如：有效状态1011—1100—1101—1110—1111
取非0100—0011—0010—0001—0000
即4------3-------2--------1---------0
实现模5的倒计时。

在将74LS161改装成其他模值时既可以采用同步清零法，也可采用异步置数法，但0000不可能为有效状态，所以采用异步置数法完成不同模值转化的实现。

首先对控制个位输出的74LS161设计
按要求对系统的状态不同，即红绿灯的状态不同，个位的进制也就要求不同。

用系统的状态量Q1,Q0控制74LS161的置数端D0D1D2D3。

当系统处在Gr或Rg状态时，个位的进制是十（模10），即逢十进一，当系统处在Yr或Ry状态时，个位的进制是五（模5），即逢五进一，模10时，有效状态为0110，0111，1000，-----1111，置D3D2D1D0为0110，模5时有效状态为1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D为1011，由此有，
Q1 Q0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 1 0
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 1 0
1 1 1 0 1 1
所以，
D3=D0=Q0,D2=~Q0 ,D1=1 当状态为1111时，74LS161的状态必须跳到进入下一个循环，此时进位输出为1，我们可以把它的CO 非接入置数端[LD]。

再对控制十位输出的74LS161设计
同设计控制个位输出的74LS161基本类似，用系统状态量Q0Q1控制十位74LS161的置数端D3D2D1D0。

当系统处于Gr 状态时置D3D2D1D0为1101，当系统处于Yr 或Ry 时置D3D2D1D0为1111，当系统处于Rg 时置D3D2D1D0为1110，有， Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1
1
1
1
1
1
故，
D3=D2=1 D1=~(~Q1~Q0) D0=~(Q1~Q0) 同理我们将CO2非接入置数端[LD] 对一些级联的处理
当计数超过10秒时，个位需向十位进位，此时十位计数，其它时间其保持不变，当个位需进位，C01变为1，把个位的CO1置入十位的CP2。

即完成一次循环，十位开始计数，其他时刻CO1=0，CP2=0，十位保持。

设计时把CO1,CO2的分别接入主控电路的ENT 端，ENP 端。

当完成一次计时，个位和十位同时完成循环，此时CO1=CO2=1,系统跳到下一个状态，红绿灯转换，计时器开始下一次计时。

主控制器：
根据计时器送来的信号，保持或改变电路的状，以实现对主，支干道车辆运行状态的控制。

Q A 14
Q B 13Q C 12Q D
11
RCO
15A 3B 4
C 5
D 6ENP 7
ENT
10~L O AD 9~CL R 1CL K
2
U1
74LS 161D
Q A 14
Q B
13Q C 12Q D
11
RCO
15
A 3
B 4
C 5
D 6ENP 7ENT
10~L O AD
9~CL R 1
CL K
2
U2
74LS 161D
U3A 74LS 04D
2
1
U3B 74LS 04D
4
3
5V
VCC
5V
VCC
U4A
1D 2
1Q
5
~1Q
6
~1CL R
1
3~1PR
4
74LS 74N U4B
2D
12
2Q
9
~2Q
8
~2CL R
13
11
~2PR
10
74LS 74N
U5A
7400N 1
2
3
U5B
7400N
45
6
5V VCC
5V
VCC
74LS 86D
1
2
3
U6A
译码驱动电路：
按照主控制器所处的状态进行译码，再驱动响应的信号灯，指挥主，支干道的行人和车辆。

7 1 2 613
10 9 15 11 12 14
3 5 4
A
B
C
D
L T
RBI
BI/RBO
O A
O B
O C
O D
O E
O F
O G
74LS48D
U3
U5
S EV EN_SE G_COM_K
A B C D E F G
Co m
5V
VCC
总电路图：
VCC OUT
U2
555_TIMER_RATED
GND
DIS RST
THR CON
TRI R14.7k¦¸R2150k¦¸
C110nF C2
4.7uF
345
VCC
5V
VCC
0VCC
5V
VCC 2
U4
74LS161D
QA 14QB 13QC 12QD 11RCO
15
A 3
B 4
C 5
D 6
ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK
2
U1
74LS161N
QA 14QB 13QC 12QD 11RCO
15
A 3
B 4
C 5D
6
ENP
7ENT
10~LOAD 9~CLR 1CLK
2
U5A
74LS139N
1Y041Y151Y261Y3
7
1A 21B 3~1G
1
U
74L
74
74
U10
74LS
U674L
9
111316
18
U17
74LS161D
QA 14QB 13QC 12QD 11RCO
15
A 3
B 4
C 5D
6
ENP 7ENT
10~LOAD 9~CLR 1CLK
2
VCC
5V
VCC 5V
7
26
1
R94.7¦¸
U2474LS48N
A 7
B 1
C 2D
6
O A 13O D 10O E 9O F 15O C 11O B 12O G
14~L T 3~R B I 5~B I /R B O
4
U25
A B C D E F G
CK
37
36353433323130
29
282503940
41
4243
U27
A B C D E F G
CK
4445
46
47
74
A 7
B 1
C 2D
6
~LT
3~RB 5
~BI
4
48
49
50
5138
5924
20
VCC
19
17
23
27
21
6
VCC
设计中遇到的问题和实验心得：
在这次课程设计中，我遇到了一些问题，也学会了很多关于数字电路的东西，并对所用器件有了更深入的认识。

首先，为了使线路简单在安装之前要对芯片的位置布置作一下分析，才开始连接。

并按照电路进行合理的布置器件，另外，在调试过程中，要学会使用仪器去检测电路，刚开始我很快就将线认真的连好，但没有出现结果，我再用表去测电路,并找出了问题所在。

其次，使我感悟最深的是数字电路设计需要的不仅是深厚的知识功底和严谨认真的科学态度，更要有坚忍不拔的毅力和勇于探索的勇气。

只有对所有的器件有很好的了解之后才能去
选择正确的器件设计电路。

好的电路设计不仅要求正确，而且要最简单，尽量在功能齐全的前提下减少所用器件的数量。

另外，最好是接好一个模块后通电检测，有问题就检查修改电路，直到这一模块正常再对下一个模块接线。

布线完成后，基本上可能不会一次性成功，接下来就该调试电路，这是一个很重要的环节。

结果错误的可能原因有很多，可能是设计本身或是接线问题或接触问题，也可能是所用器件问题，我碰到的问题首先是电路图的问题，有一根线连错，更正后,出现了正常效果。

最后，我认识到态度要端正，作风要严谨。

对数字电路来说，逻辑性非常强，每一个环节都要弄得清清楚楚，有一点漏洞，结果都不可能出来。

以上是我完成数字电路课程设计后的一些心得体会。

附录（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。