课程设计--交通信号灯报告

XXXXXX

课程设计

课程名称：数字电子技术

课题名称：交通信号灯

专业：自动化

班级： 091

学号：0000000001

姓名： XXX

指导老师：XXX

交通信号灯

一.内容摘要：

由一条主干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口，为确保安全而迅速的通行，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到禁止线外。

二.设计内容及要求：

1．主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。

2．每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒，此时原红灯不变。

3．用十进制数字显示放行及等待时间。

三、程序控制流程

四.原理电路的设计：

本设计要求设计一个主干道30秒、支干道20秒的交通信号灯控制系统，每次由绿灯变红灯时要有5秒黄灯亮作为过渡，分别用红、黄，绿三色发光二极管表示信号灯，并用数码管显示顺计时。因此，本设计需要一个脉冲产生模块、信号灯模块、顺计时模块、数码显示和主控模块。脉冲产生电路用以驱动顺计时电路，顺计时模块以单位时间秒为单位倒计时，数码显示块显示顺计时的时间，主控模块对电路中上网各个模块进行级联。

交通灯控制系统的组成框图如图1所示。主控电路主要用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过主控电路分别点亮相应状态的信号灯。秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过加法计数器对秒脉冲加法计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。加法计数器的异步预置数端会与数据选择器的一个输出端相连，当计数到对应灯亮时间的最大值时，数据选择器会通过一个非门反馈到加法计数器的置数端，使得计数器重新计数。加法计数器的状态由4511的七段译码、数码管显示。在黄灯亮期间，主控电路将秒脉冲引入红灯控制电路，使红灯闪烁。

1.主控电路

主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于主控电路的输出状态。它们之间的关系见真值表1。对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。

表1 信号灯信号的状态

主控电路

由画卡若图得：

主干道：R=Q2; Y=Q2~; G=Q2~Q1~;

支干道：r=Q2~; y=Q2Q1; g=Q2Q1~;

主控电路

用两个双四选一的数据选择器，及两个D触发器实现主控电路控制计时器和灯的亮暗。

发光二级管的红绿黄灯装置

2.秒信号发生器

产生秒脉冲的555定时器

选用一个1k欧姆和一个5.1k欧姆的电阻，以及两个1微法的电容，实现555定时多谐振荡器的秒脉冲输出。

时间周期T=T1+T2

T1=R2Cln2

T2=(R1+R2)Cln2

3.加法计时器

用74LS160做成的十进制加法计时器

根据设计要求，交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器，以完成30s、20s、5s的定时任务，其时间的预置状态如表3所示

74LS160的置数是异步的，通过30,20,5对应的二进制代码的一端与

相应的门电路相连影响74LS153的输出端，通过一个非门回馈到计数器的预置数端，使得计数器可以重新从0开始计数，在计数器没有到达30,20，5的时候，计数器一直在计数，加法计数器的计数是同步的。

五.总电路图

电路工作原理：

主控电路的输入来自30s,20s,5s三个定时信号，它的输出一方面通过数据选择器和D触发器控制主干道和支干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路的启动。开始时，定时电路在计数，两个D触发器的Q输出端都是0，通过一个与非门，连接到主干道绿灯，Q反端通过导线连接到支干道的红灯，此时主干道的绿灯，及支干道的红灯均在亮；当计数器计时到30时，Q1出0，Q,2出1，通过一个与门，主干道的黄灯在下一个时钟脉冲到来时变亮，而此时，支干道的红灯

还亮着，下一片74LS153此时输出1，通过一个非门回馈到计时器的置数端，使得计数器从0开始重新计数；当计数器又计数到5s时，Q1出1，Q2出0，此时主干道的红灯亮，支干道的绿灯亮，计数器又一次被预置数为0，重新计数；等计数器再计数到20时，Q1，Q2均出1，计数器再一次被预置数为0，此时主干道的红灯继续亮着，支干道在下一个时钟脉冲到来后黄灯亮；计数器再计数5s后，Q1，Q2又均为0，此时主干道的绿灯，支干道的红灯在下一个时钟秒冲到来时又变亮。如此循环下去，形成一个主干道和支干道交替放行的交通灯。（仿真情况满足要求）

五.元器件清单

7段锁存译码器4511 2片

555定时器1个

74LS02 1个

数码管2个

RES1电阻16个

LED液晶显示6个

CAP 3个

74LS74双上升沿D触发器2个

74LS160四位十进制同步计数器2个

74LS153双四选一数据选择器2个

74LS08四2输入与门2个

74LS04六反向器2个六、

总结与设计调试体会

课程设计维持了两周。在这两周里，我们全身心投入课程设计中，我们完成了从电路的单元构思到整体设计到后来的设计完成、软件仿真再到最后的安装调试。这期间我们经历了许多挫折和失败的探索，付出了很多时间和汗水，我们不断摸索，虽然最后没有完全成功，但是起码我们有了很多的收获。

上课第一天，老师给我们布置了题目。当时老师说五个题目有些比较容易，有些比较难，我心理面就希望自己选的是容易的题目。选好题目后别人都说你这个题目比较容易，当时我心中一阵窃喜，但是在后面遇到了许多困难，我再也“喜”不起来。以前我们学习的数电和模电只是简单的芯片的应用。而现在却要把所学的东西综合运用起来做成一个比较实用的系统，当时我一片茫然。而且有一段时间没接触数电了所以对所学的东西开始感到陌生，更何况本次课程设计综合性很强，要求我们发散思维设计电路。一开始老师给我们讲解了一些，但是由于没有进行认真的思考，不了解老师讲什么，我不知从何下手。于是我开始向学长学姐请教，上网查阅资料。我回忆以前模电、数电老师给我们讲解设计电路的思路，先确定每个模块可能要用到哪些芯片然后熟悉它们的引脚和功能表。

画卡若图、状态表、逻辑图……我渐渐地有了头绪：原来用我们学过的知识就都可以设计出各个模块，只要把每个模块设计好了然后连起来就基本完成了。

由于倒计时课题的设计比较困难，所以我用顺计时进行了代替，我用两片74LS160十进制芯片完成了顺计时时的循环计数，这部分并不难，只需注意进位的连接就可以了，这在数电实验中已经掌握了。而在延时电路这模块中我遇到许多困难，起初是毫无头绪，后来通过老师的指导知道，这模块虽然费时比较长，因为我觉得这模块是本课题一大难点。仿真成功后，在实际接线测试的过程中我们遇到了更多问题。故障产生的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的是多因相互作用引起的故障。比如