数字电子技术 交通灯控制电路设计

数字电子技术交通灯控

制电路设计

Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】

课程设计报告

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：

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设计者：

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指导教师：

目录

交通灯控制电路设计

一、设计目的

由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。

二、设计要求和设计指标

（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30s、支干道20s。设计30s和20s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5s的黄灯作为过渡，设置5s 计时显示电路。

三、设计内容

总体设计

3.1.1交通灯控制的实现

交通灯控制系统的原理框图如图1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，控制区是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

图1 系统的原理框图

设控制器的初始状态为S0，当S0的持续时间小于25秒时，TL=0,控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号，并转换到下一个工作状态。如图2所示：

图2 交通灯的ASM图

3.1.2总原理图

图3 总原理图

单元电路的设计

3.2.1脉冲信号发生器

脉冲信号发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R8、R9、C3 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=是为了保持输出的波形的稳定。

如图4所示，R9、C3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4 脉冲信号发生器原理图

3.2.2定时器

定时器由与系统脉冲信号（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ST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TY和模25的定时信号TL。

计数器选用集成电路74LS160进行设计。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。设计图如图5所示：

图6 译码器部分原理图

3.2.4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，如表2所示。选用两个D触发器74LS74作为时序寄

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；否则控制器转换到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。

表2 控制器状态转换表

根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q

1n+1 、Q

n+1 和ST为1

的项所对应的输入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。

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。

控制器原理图如图7所示。图中R、C构成上电复位电路。由两个双多路转换器74LS153和一个双D触发器74LS74组成控制器。触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4重状态的相互交换。

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。其设计图如图8：

仿真结果与分析

首先连接调试秒脉冲电路。其次进行定时电路的连接和调试。当输入1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行增计时，当增计时到25秒时，能输电有效的定时时间到信号。判断各部分电路之间的时序配合关系，然后检查各部分的功能，使其满足设计要求。

当电路检查无误后，开始播放，便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间定为25秒。时间显示器从预置的0秒，以每秒增1，增到25时换为0时，红灯转换为黄灯，其余灯都不变。从增至5秒又到0时，甲车道又由黄灯转换为红灯，乙车道的红灯转换为绿灯。由此循环下去。

四、总结

刚开始拿到题目时，真的是无从下手，因为自己对这门课不是那么的熟悉，学的也不是很好，做课程设计时，只能不断的翻书或查资料。这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力，由于时间比较紧，所以控制器控制信号灯不是很好，但也学到了很多东西，增强了自己对知识的理解和巩固，很多以前不是很懂的东西现在也都一一解决了。还好有同学们的帮助和老师的指导，才能使我成功的完成这次课程设计，非常感谢同学和老师的帮助。

五、主要参考文献

1.《数字电子技术基础教程》阎石主编清华大学出版社

2.《中国集成电路大全》编写委员会编国防工业出版社

3.《电子电路测试与实验》朱定华主编清华大学出版社

4.《数字逻辑电路设计与实验》绳广基编上海交通大学出版社