数字电路基础 交通灯课程设计报告

西安邮电学院

数字电路课程设计报告书

——交通灯控制器

学院名称：自动化学院

学生姓名：卢小琦（12）

专业名称：自动化

班级：0801

实习时间：2010年6月21日—2010年7月2日

一、设计题目：交通灯控制器

交通灯控制器是可以自动控制交通灯，并以倒计时的方式显示出时间，方便行人和车辆在通行时有条不紊的通行，达到交通井然有序，出行人员安全快捷的到达目的地的效果。本次实验的就是想通过这样的一个实例，来结合数字电路课程的学习共同实现这样的一个应用工具，达到理论和实践相结合的目的。

二、设计要求：

设计一个十字路口控制交通秩序的交通灯，满足以下条件：

显示顺序为其中一组方向是绿、黄、红；另一方向是红、绿、黄。

设置一组数码管以倒计时的方式显示语序通行或禁止通行时间，其中支通道绿灯的时间是20s，另一个方向上主通道的绿灯亮的时间是30s，黄灯亮的时间都是5s.

选做：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。

三、设计思路概述：

1．任务分析：

交通灯控制器主要实现两部分功能：

①东西、南北双向通路的红、绿、黄灯控制；

②东西向主通路的倒计时显示。

另外，在此设计中还实现了紧急情况下的强制中断功能。

2．实现方案：

实现这个交通灯控制器可以采用PLD 、FPGA 、单片机等可编程器件或基本数字逻辑器件实现。在这次实验中采用74系列数字集成芯片和555时基芯片实现相应功能，在本报告的最后附有用Atmel 公司89C52实现同样功能的电路设计图及C51程序。

3．具体功能分析：

此电路为十字路口交通灯控制电路，要求东西向和南北向不能同时出现绿（黄）灯，发生“撞车”现象。即当某一方向为绿灯或黄灯时，另一方向必为红灯。东西向主通路有倒计时显示。

设计时序如下： 东西向 南北向

4．电路框图设计：

说明：脉冲输出部分为555时基芯片构成的多次谐波振荡器，由其产生周期为1s 的时钟脉冲信号。计时控制部分主要由两片74LS161（十六进制同步加法计数器）、74LS74（边沿D 触发器）及逻辑门电路构成。产生30s 、20s

和5s 的倒计时信号。彩灯控制部分将计时控制部分输出的信号通过逻辑门电路及74LS139（双2—4线译码器）产生控制信号，控制彩灯按照响应时序显示，并将74LS139的输出

信号反馈回计时控制部分实现三种倒计时之间的切换。数字显示部分主要由74LS48（7段显示译码器）、74LS04（反相器）及8段共阴极数码管构成，通过接入计时控制部分的信号实现倒计时显示。

四、单元电路设计：

1．脉冲输出部

分：

脉冲输出部分为

555时基芯片构成的

多次谐波震荡器，电

路原理图如右：

其中器件参数分

别为R1=4.7kΩ，

R2=150kΩ，C1=4.7μF，

C2=0.01μF。

产生的时钟脉冲为周期T=1s的方波。

电容C1充电时，暂稳态持续时间为

t w1=0.7(R1+R2)C=0.7×(150k+4.7k) ×4.7μ≈0.5s

电容C1放电时，暂稳态持续时间为

t w2=0.7R2C=0.7×150k×4.7μ≈0.5s

因此，电路输出矩形脉冲的周期为

T= t w1＋t w2≈1s

输出占空比为q= t w1/T≈50%

2．计时控制部分：

通过两片74LS161级联实现最大模值为256的加法计数功能，用低位片U2的输出口RCO控制高位片U3的使能端ENT，即低位片U2产生进位信号后高位片开始工作。

由于主通路（东西向）交通灯时序为红灯30s、绿灯20s、黄灯5s，故此子系统应实现模30计数、模20计数和模5计数间的切换，亦即低位片模值为10—10—5的切换，高位片模值为3—2—0的切换。在具体电路实现过程中，采用74LS74芯片控制高位片的数据置入，并利用彩灯控制部分的输出控制低位片数据的置入。

由于数字显示部分要求倒计时显示，故置入数据时取数码管相应显示码值的反码，具体数据表格见数字显示部分。

在此电路中，开关SW2、SW1分别控制高、低位片的强制置数，

当SW2、SW1接低电平时，若SW3接高电平，高位片被强制置入数据1111，低位片通过彩灯控制部分的反馈信号被置入数据1011。此时，将SW2、SW1接高电平，计数开始，进入有效循环前5s的偏离态。当低位片进位后，高、低位片进位端均为1，U9A输出端为1，U6C、U6D输出端为0，即高、低位片LOAD端为0，实现置数功能。

高位片置入数据为,，当高低位片同时产生进位信号，74LS74产生上升沿，即每次倒计时完毕后进行置数。低位片置入数据由黄灯亮\灭控制，当黄灯亮时置入数据为1011，黄灯灭时置入数据为0110。

计时系统与东西向主通路交通灯亮\灭情况真值表如下：

3．彩灯控制\显示部分：

彩灯控制部分分两路实现，东西向（主通路）彩灯由于时序与倒计时相同，故不需另加单独的计数电路，只需用门电路和译码器等器件将计数部分中的信号引致彩灯。南北向时序与东西向不同，故另外用一片74LS161控制，具体设计如下：

Ⅰ.东西向：

计数控制部分高位片的置数端D0、D1分别接到74LS139的A、B端子，其输出端Y1、Y2、Y3分别接红、绿、黄灯。

当高位片置入数据为1110，低位片置入数据为0110，即倒计时20s时，74LS139的A、B端分别为0、1，此时输出数据为1011，即绿灯亮。同理，当高位片置入数据为1111，低位片置入数据为1011，即倒计时5s时，74LS139的A、B端分别为1、1，此时输出数据为0111，即黄灯亮；当高位片置入数据为1101，低位片置入数据为0110，

即倒计时30s时，74LS139的A、B端分别为1、0，此时输出数据为