课程设计报告——交通信号灯控制器

目录

一、设计背景 (22)

二、任务和要求 (22)

三、总体设计方案 (33)

1.状态设置 (33)

2.系统框图 (33)

a.系统总框图 (33)

b.系统状态转换框图 (44)

四、单元电路设计 (44)

1.倒计时电路（定时电路） (44)

2.状态控制器（主控电路） (55)

3.交通灯显示电路、 (55)

4.数码管显示 (66)

5.置数变换电路 (66)

6.流量控制电路 (77)

五、总电路原理图 (88)

六、总电路图 (99)

七、原件清单 (1010)

八、电路连接与调试 (1010)

九、设计总结 (1010)

十、参考文献 (1111)

一、 设计背景

在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。

二、任务和要求

红绿灯交通信号系统外观示意图如图1所示。

1．在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一方向是绿灯、黄灯、红灯；另一方向是红灯、绿灯、黄灯。

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（主干道）绿灯亮的时间是45s ，另一个方向上（支干到）绿灯亮的时间是25s ，黄灯亮的的时间都是5s 。

3.要求加装一流量控制电路，使电路拥有流量控制功能，既：当一条路上无车，另一条路上有车时，这条路上的绿灯长亮，另一条路上红灯长亮。

三、总体设计方案

1.状态设置

状态1（00）：主车道的绿灯亮，车道，人行道通行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行。

状态2（01）：主车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；

状态3（10）：支车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；

状态4（11）：支车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车的黄灯亮，车道，人行道缓行；

2.系统框图

a.系统总框图

流量控制电路

b.系统状态转换框图

图2 工作流程图

四、单元电路设计

1.倒计时电路（定时电路）

倒计时器由两位4位十进制可逆同步计数器（双时钟）74LS192、一个非门和一或门构成。其组成如图所示，其中 74LS192是上升沿触发，CPU为加计数时钟输入端；CPD为减计数时钟输入端；LD为异步预置端，低有效；CR为异步清零端，高有效；CO为进位输出端，当1001后输出低电平；BO为借位输出端，当0000后输出低电平；D3D2D1D0为数据预置端；Q3Q2Q1Q0为数据输出端。

2.状态控制器（主控电路）

状态控制器由两个上升沿D触发器构成，状态有00→01→10→11，四种状态分别对应信号灯的四种状态，且触发器上的清零端、置一端，用于接收流量控制电路上的控制-状态变换信号，完成状态-流量控制。

3.交通灯显示电路、

此部分由一个数据分配器74LS138、两个与门和6个发光二极管构成。其结构如图所示。74LS138的外引线排列如图)所示，其中A2A1A0是3个二进制代码输入端；Y7Y0是8个输出端，低电平有效；STA、STB、STC是使能控制端。当STA=1且STB+STC=0时，分配器才工作。

4.数码管显示

采用四位二进制七段数码管显示，如图所示。

5.置数变换电路

此部分电路是由两个数据选择器构成，既用74LS153组成，当主控电路状态发生变换时，置数变换电路产生的置数也随之变换，其状态对应为：00→45，01→05，10→25，11→05.最后将置数放回倒计时电路，用于置数，最终达到定时的作用。

6.流量控制电路

此部分电路是由一片74LS138，既数据选择器构成，主干道接A，支干道接B，当状态为10或01时，直接控制主控电路的两片上升沿D触发器的清零或置一端。完成流量控制。

五、总电路原理图

六、总电路图

七、原件清单

74LS192 （十进制可逆计数器）两个

74LS138 （3-8译码器）两个

74LS153 （双4选1数据选择器）一个

74LS74 （上升沿双D触发器）一个

74LS04 （六反相器）一个

74LS32 （四2输入或门）一个

74LS08 （四2输入与门）一个

八、电路连接与调试

在电路连接与调试过程中，应该一部分一部分的连接调试，接好一部分，再接另一部分，否则当全部接好再调试的话，不仅浪费时间，而且有问题的话无法排查。

经过仿真与实际连接，本套电路设计成功，可以达到预设效果。

九、设计总结

实习就是将从课本上的知识应用于实际中，数字电路课程设计就是很好的实践。在交通灯控制系统设计中，充分的体现了动手能力和对课本知识的掌握程度。而设计过程又存在着许多的问题，由于电路试验箱的地方有限，所以必须先合理的规划每个模块的位置，其次，芯片周围的布线也得小心处理，粗心大意的代价就是局部短路。实习中更是将各个芯片的功能状态系统地学习了一遍，熟练地用它们实现所需的功能。不过在所遇到的问题处理过程中有成功也有失败，但这确实加强了自己的动手能力，最终我还是体会到成功的喜悦。

十、参考文献

[1] 陈晰.《数字电路试验技术基础》.电子工业出版社，1999

[2] 李元.《数字电路与逻辑设计》.南京大学出版社，1997

[3] 郝波.《数字电子技术》，西安电子科技大学出版社，2004

[4] 郭斌.《数字逻辑电路》.电子科技大学出版社，1995

[5] 程震先.《数字电路实验与应用》.北京理工大学出版社,1999

[6]王毓银.《数字电路逻辑设计》.高等教育出版社，1992

[7]百度文库