数字电子技术交通灯控制电路设计

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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目录

一、设计目的 (2)

二、设计要求和设计指标 (2)

三、设计内容 (2)

3.1 总体设计 (2)

3.1.1交通灯控制的实现 (2)

3.1.2总原理图 (4)

3.2 单元电路的设计 (5)

3.2.1秒脉冲发生器 (5)

3.2.2定时器 (5)

3.2.3译码电路 (6)

3.2.4控制器 (7)

3.2.5显示部分 (9)

3.3 仿真结果与分析 (10)

四、总结 (10)

五、主要参考文献 (11)

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

3.1 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

3.2 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=0.01uF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：

9

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。

的4

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：

3.3 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