十字路口交通灯模拟红绿灯控制电路课程设计报告书

2016 ~ 2017 学年第一学期
《数字电子技术》
课程设计报告
题目：
专业：
班级：
姓名：
指导教师：倪琳
电气工程学院
2016年月日
1、任务书
课题名称
指导教师（职称）倪琳
执行时间2016~ 2017 学年第一学期第周学生姓名学号承担任务
设计目的
设计要求
目录
摘要 (3)
第一章设计任务与要求 (4)
第二章基本方案 (4)
2. 1 方案一 (4)
2. 2 方案二 (4)
2. 3 方案三 (4)
第三章方案选择 (4)
第四章电路原理图 (4)
4. 1 计数模块电路 (4)
4. 2 红灯闪烁电路 (5)
4. 3数码管显示电路 (5)
4. 4 194模块 (8)
4. 5主体电路图 (10)
4. 6元器件清单 (10)
第五章电路调试 (11)
5. 1 Protues软件仿真 (11)
5. 2 硬件电路调试 (11)
5.2.1 测试电路 (12)
5.2.2 硬件测试出现问题及解决方案 (14)
第六章电路测试后总结 (15)
6. 1 设计小结 (15)
6. 2 设计缺点 (15)
6. 3 系统性能分析 (15)
参考文献 (15)
摘要
中文摘要：在城市交通道路中，由两条道路的汇合点所形成的十字交叉路口很多。

为了确保交通安全及车辆的迅速、有效的通行，在交叉路口的每个入口处需要设置红、绿、黄三色信号灯。

对于机动车来说，红灯亮时，禁止通行；绿灯亮时，则允许通行；黄灯亮时，则提示司机将行使中的车辆减速并准备停下来。

十字路口交通灯的控制逻辑采用数字电路很容易实现。

根据交通灯控制的点功能不同，有简单的红、黄、绿三色交通灯控制电路。

有带时间显示的控制电路；有主干道与支干道通行时间不同的控制电路；有带时间转换功能的交通灯控制电路；有手动控制电路。

一般交通灯控制电路主要由定时器、控制器、译码和显示几个部分组成。

关键词：交通灯定时器控制器
一、设计任务与要求
1.按照红-绿-黄顺序轮流点亮
2.东西向绿灯与南北向红灯不同时亮，南北向绿灯与东西向红灯不同时亮
3.东西向黄灯点亮时南北向红灯闪烁，南北向黄灯点亮时东西向红灯闪烁
4.当绿灯亮时数显开始倒计时
二、基本方案
通过74192进行计数，D触发器跳变使下一组74192开始计数，也可通过开关来控制D触发器，在此基础上用移位寄存器替代D触发器来控制74192。

四、电路的原理图
4. 1计数模块电路
计数模块电路如图4-1所示
图4-1计数模块电路图
4. 2红灯闪烁电路
红灯闪烁电路如图4-2所示
图4-2红灯闪烁电路4.3数码管显示电路
数码管显示电路如图所示
图4-3 数码管显示图
47显示、47真值表及7段数码管如图所示
图4-4 7段数码管引脚图
图4-5 47真值表
说明
LS47是由“与非”门、输入缓冲期和7个“与-或-非”门组成的BCD-7段译码器/驱动器。

通常是低电平有效，搞的灌入电流的输出可直接驱动显示器。

7个“与非”门和1个驱动器成对连接，以产生可用的BCD数据及其补码至7个“与-或-非”译码门。

剩下的“与非”门和3个输入缓冲期作为“试灯输入”LT端、灭灯输入/动态灭灯输入BI/RBO端及动态灭灯输入RBI端。

该电路接受4位二进制编码-十进制数（BCD）输入并借助于辅助输入端状态将输入数据译码后去驱动一个七段显示器。

LS47的输入结构设计成能承受7段显示所需要的相当搞的电压（最大反流
250微安时可承受15V）。

驱动显示器各段所需高达24mA的电流可以由其高性能的输出晶体管来直接提供。

BCD输入计数9以上的显示图案是鉴定输入条件的唯一符号。

LS47有自动前、后灭零控制（RBI和RBO）。

试灯（LT）可在BI/RBO端处于高电平的任何时刻去进行，该电路还含有一个灭灯输入（BI），它用来控制灯的亮度或禁止输出。

LS47这种七段译码器在应用中可以驱动共阳极的发光二极管或直接驱动白炽灯指示器。

图4-6 47显示
4.4 194模块
194模块，194管脚图以及194真值表如图所示：
图4-7 194模块图
图4-8 194真值表图
当清除端（CLEAR）为低电平时。

输出端（QA~QD）均为低电平。

当工作方式控制端（S0，S1）均为高电平时，在时钟（CLOCK上升沿的作用下，并行数据（A~D）被送入相应的数据端QA~QD.此时串行数据（DSR、DSL）被禁止。

当S0为高电平S1为低电平时，在CLOCK上升沿作用下进行右移操
作，数据由DSR送入。

当S0为低电平S1为高电平时，在CLOCK上升沿作用下进行操作
数据由DSR送入。

当S0、S1均为低电平时，CLOVK被禁止对于74194，只有当CLOCK 为高电平时S0和S1才可改变。

图4-9 194管脚图
4. 5主体交通灯电路图
主体交通灯电路图如图4-10所示：
4-10主体交通灯电路图
4. 6元器件清单
元器件编号名称数量U1,U2,U5,U7,U9,U10 74LS192 6 U3 74LS194 1
U6,U8 74LS08 2
U4 74LS04 1
发光二极管-红色4
发光二极管-绿色4
发光二极管-黄色4
200R电阻34
六脚自锁开关1
七段数码管4
74LS47 4
五、电路调试
本设计的电路调试分为软件调试和硬件调试，遵循模块调试正常后整合的原则。

5. 1 Protues软件仿真
本设计是基于模拟电路设计的，可使用Proteus软件进行仿真。

Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。

它具有其它EDA工具软件的仿真功能，是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。

5-1Proteus仿真图
六、电路测试后总结
6.1设计小结
本设计是利用红、绿、黄三色LED发光二极管模拟交通信号灯，以设计制
作一个简单的交通灯控制器。

设置时间保证东西方向绿灯黄灯（红灯）相加时间和南北向红灯（绿灯黄灯）的时间。

由于加入了黄灯亮时红灯闪烁的效果，故黄灯时间为红灯闪烁时间。

6.2设计缺点
1）由于设计使用纯硬件电路，线路较为复杂。

2）对时间进行重新预制较为麻烦
3）未能对交通事故后紧急状况进行特殊改变
6. 3系统性能分析
经过实际测试，系统可以在预置数后正常运行。

红绿灯可以正常进行闪烁，十字路口东西和南北方向交通灯可以顺利交替亮灭且与数字显示同步。

但由于线路较为复杂，所以一旦出现故障，排除解决需要花费较长时间。

参考文献
《模拟电子技术基础》童诗白华成英主编高等教育出版社2011。