交通灯控制器报告(北理)

本科实验报告实验名称：交通灯控制器设计

课程名称：数字电路课程设计实验时间：任课教师：实验地点：

实验教师：

实验类型：□原理验证□综合设计□自主创新

学生姓名：

学号/班级：组号：学院：同组搭档：专业：成绩：

目录

一、设计指标 (1)

二、设计框图 (1)

三、设计过程 (2)

3.1系统状态转换图 (2)

3.2时钟基准发生电路的设计 (3)

3.3传感器电路 (4)

3.4预置法时序发生电路设计 (5)

3.5预置数电路设计 (5)

3.6控制电路设计 (6)

3.7交通灯译码电路设计 (7)

3.8求反电路和4位二进制码转BCD码电路 (7)

3.9显示电路设计 (8)

3.10 Vs有效时暂停电路设计（改进部分） (8)

四、设计结果 (9)

五、实验结果 (10)

六、实验中遇到的问题及解决办法 (11)

七、实验所需元器件 (11)

八、实验心得体会 (12)

一、设计指标

1）设计一个十字路口交通灯，十字路口有主路和支路，共两组红绿灯；2）主路亮灯顺序为绿灯(16s)→黄灯(4s)→红灯(13s)→黄灯(4s)；支路亮灯顺序为绿灯(13s)→黄灯(4s)→红灯(16s)→黄灯(4s)；

3）主路有一个传感器，当支路无车时，主路亮绿灯；

4) 用数码管倒序显示主路的红绿灯显示时间。

二、设计框图

绘制设计框图如下，

三、设计过程

3.1系统状态转换图

符号说明：

S0:一种状态，表示主路亮绿灯，支路亮红灯；

S1:一种状态，表示主路亮黄灯，支路亮黄灯；

S2:一种状态，表示主路亮红灯，支路亮绿灯；

S3:一种状态，表示主路亮黄灯，支路亮黄灯；

：表示主路亮绿灯（支路亮红灯）时间，时间到为1，不到为0；：表示主路（支路）亮黄灯时间，时间到为1，不到为0；

：表示支路亮绿灯（主路亮红灯）时间，时间到为1，不到为0；

：表示传感器信号，支路有人时为1，没人时为0。

=16s,=4s,=13s

得到状态方程如下：

可以统一为一个变量于是状态方程变成：由于采用预置法设计电路，所以T,T,T T,

l y s

3.2时钟基准发生电路的设计

μ。此T=0.7(R1+2R2)C 经过理论计算，确定R1=19K,R2=62 K,C=10F

=1001/1000s,对应频率为f=1000/1001Hz≈1Hz

仿真波形如下图所示

3.3传感器电路

传感器电路由开关代替，开关接R时正常工作,开关接S时是表示支路有车，主路一直维持绿灯。开关采用了防抖动设计，运用了RS锁存器实现。

3.4预置法时序发生电路设计

该电路采用74LS163组成计数器，通过预置法构建模4，模13和模16计数器。时钟使用频率为1Hz 的方波。 3.5预置数电路设计 预置数的真值表如下图所示

1Q

0Q

3A

2A

1A

0A

预置数

0 0 1 1 0 0 4 0 1 0 0 1 1 13 1 1 1 1 0 0 4 1

0 0

16

现态的预置数需要用前一个状态控制，等到Load 信号有效时直接预置。所以得到以下逻辑表达式

32101010101010=A A Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q =•+•=•+•=••• 1001A A Q Q ==•

逻辑电路图如下所示，

3.6控制电路设计

如下图，右侧是控制电路。控制电路是由状态方程得到的。74LS153和逻辑门构成的逻辑函数是其后D触发器的驱动。

3.7交通灯译码电路设计

电路如上图所示，采用一个38译码器将状态与LED的亮灭对应起来。LED灯采用共阳极设计，，因为灌电流比拉电流大，更容易驱动LED 发光。

3.8求反电路和4位二进制码转BCD码电路

该电路先将置补法的输出求反。然后将4位二进制码转为BCD码，电路通过对大于9的数加6实现的。

3.9显示电路设计

显示电路采用74LS248或74LS48完成。

将预置按逻辑给上面的电路图预置, 就可以正常显示倒计时了。

3.10 Vs有效时暂停电路设计（改进部分）

如果没有这部分，电路依然能照常工作，但是在支路无车时，数码管显示会不正常，通过该电路可以让数码管在支路无车时停在0秒位置。

四、设计结果

通过将以上各个模块连接，可以形成一个完整的十字路口交通灯系统。Q0,Q1信号的波形图如下所示,状态分别为00,01,11,10。时间为16s,4s,13s,4s。

下图为含有传感器信号Vs的波形，Vs无效时，交通灯正常工作。当Vs有效时，交通灯进入并保持00状态。当Vs再次无效时，系统在下个时钟沿来临时进入01状态。仿真结果与设计方案符合。设计方案初步认为是正确的。

五、实验结果

根据原理图，合理摆放各元件，在面包板上连接，最后结果如下图所示，

经过测试，LED灯和数码管正常工作，当传感器信号发生变化时，工作仍然正常。所以，实验总的来说是很成功的。

经过测试，实验波形结果和设计结果相同。波形图如下所示：

六、实验中遇到的问题及解决办法

实验过程中，我想到，可以通过从74LS138译码器输出端引出信号来节省与非门，于是，我将原来了预置电路进行了临时的修改。电路接好后，我进行测试，却发现黄灯时间为零。通过示波器看波形也证实了波形也是没有黄灯状态。通过研究74LS163的预置数，我发现，黄灯时的预置数变成了1111，这导致黄灯总是一闪而逝。经过分析，我认为是预置数电路出了问题。后来我发现我忽略了74LS138输出低有效这个问题，导致系统出了故障。最后我对输出信号进行加非操作，系统正常运行。

七、实验所需元器件

1.74LS163 同步清零计数器1个

2.74LS08 四二输入与门3个

3.74LS04 六非门2个

4.74LS74 双D类触发器1个

5.74LS153 两个四选一数据选择器1个