数电课程设计报告(交通灯)

电子技术课程设计报告

交通灯

学院：电气学院

专业班级：自动化0901

学生姓名：柏舸

指导教师：毛旭光戴小玉

完成时间：20120708

电子技术课程设计报告

一. 设计要求

设计一个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交

通灯控制电路。交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提

高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。本交通灯设计主要由秒脉

冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路组成。秒脉冲发生器由NE555

产生脉冲，定时器由74LS160实现，控制器由74LS161和74LS14组成，

译码电路采用74LS48和七段数码管来显示。控制器通过ST信号对定时

器进行控制，从而显示红黄绿灯的转换

（1）．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，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，设计5s计时显示电路（2）．主、支干道交替通行，主干道每次放行60s，支干道每次放行45s，设计60s和45s计时显示电路

（3）．用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯，用传感器或逻辑开关代替传感器作检测车辆是否到来的信号

二. 设计的作用、目的

（1）熟悉集成电路的引脚安排。

（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。

（3）了解面包板结构及其接线方法。

（4）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。

（5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。

（6）熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。

三. 设计的具体实现

1．系统概述

2．简单介绍系统设计思路与总体方案的可行性论证，各功能块的划分与组成，全面介绍总体工作过程或工作原理。

十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一人主干道和一个支干道的十字路口如图所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒鈡，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。

1）主干道方向绿灯亮，支干道方向红灯亮。主干道通车，时间为45秒

（2）主干道方向黄灯亮，支干道方向红灯亮。主干道不通车，时间为5秒

（3）主干道方向红灯亮，支干道方向绿灯亮。支干道通车，时间为25秒

（4）主干道方向红灯亮，支干道方向黄灯亮。支干道不通车，时间为5秒（5）返回（1），继续运行。

2．单元电路设计(或仿真)与分析

详细介绍各单元电路的选择、设计及工作原理分析、仿真，并介绍有关参数的计算及元器件参数的选择等。

要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路几部分组成。

(1) 主控制器。

十字路口车辆运行情况只有4种可能：1、设开始时主干道通行，支干道不通行，在这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为45秒；2、45秒后，主干道不通行，支干道不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5秒；3、5秒后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为25秒。4、25秒后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5秒。5秒后又回到第一种情况，如此重循环反复。因此，要求主控制器也有4种状态，设这4种状态依次为：Q0、Q1、Q2、Q3。状态转换如图。

设Q0＝00，Q1＝01，Q2＝11，Q3＝10，实现这4个状态的电路，可用一片4位二进制同步加计数器74161和两片74151数据选择器来实现这四个状态。可以用输出端S1和S0来表示这四种状态。

（2）计数器。

计数器实现的是倒计数，可采用74190来实现。一般显示为红灯的时时，即停车时间。当状态为Q2和Q3时主干道的红灯亮，主干道的红灯为50秒；当状态为Q0和Q1时支干道的红灯亮，支干道的红灯为30秒。输入1HZ的CP脉冲，即每隔1秒计数器计一次。

（3）控制信号灯的译码电路。

主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。这四种状态可由S1和S0两种状态来实现。

（4）振荡及分频器―――秒脉冲产生电路

数字电子钟应具有标准的时间源，用它产生频率稳定的1HZ脉冲信号，称为秒脉冲，由于它直接影响到计时器走时的准确度，因此采用石英晶体振荡器，并经多级分频电路后获得秒脉冲信号。采用石英晶体振荡器经计数器分频后产生时基信号的电路。从电路的体积、成本以及分频方便考虑，数字计时器通常采用石英晶体振荡频率为32768HZ，经过十五级二分频电路，便可得到频率为1HZ的秒脉冲信号。具体电路如图所示，它选用一片CMOS集成电路74LS161（16位二进制计数器）和一片CT74L174D触发器组成。

（5）电路连接图

3．电路的安装与调试

（1）组装调试秒脉冲电路。

（2）进行定时电路的组装和调试。当输人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时，能输电有效的定时时间到信号。

（3）调试交通灯控制器以及显示部分。

（4）判断各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。

(5).数字电路与逻辑设计的课程学习过程中，过多的偏重于电路逻辑功能的设计，考虑其实际实现则较少，比如芯片的稳定性、带载能力，工作环境等问题在设计中都没有考虑，很多设计在实验室环境下虽然可以正常工作，但不适宜投入生产。

(6).排除故障的能力和设计电路的能力同样重要。在此次课程设计中，很多同学在设计和连接电路上花费的时间并不多，但却把大量的时间耗费在检查故障上，经常还会因为查不出故障或无法解决故障重新连接电路。我觉得在日常生活和实际生产中，需要解除故障的地方远比设计电路要多，从一次实验中发现故障，逐步摸索排除故障的方法和技巧是极为重要的。我在排除电路的故障中逐步掌握了电平高低的检测技巧和根据信号流向检查故障的方法，并对万用表的使用技巧有了更深入的实践和学习。

最终调试如下：

接上电源,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，甲车道方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行；乙车道方向车道的红灯亮，车辆禁止通行。时间显示器从预置的0秒，以每秒增1，增到25到0时，甲道的绿灯转换为黄灯，其余灯都不变。从增至5秒又到0后时甲车道的黄灯转换为红灯；乙车道的红灯转换为绿灯。如此循环下去。

四．心得体会、存在问题和进一步的改进意见等

开始拿到题目的时候，不知道怎么去做,因为已经有半年没看数电了，自己对这门课的设计都不是很会，对很多的芯片的功能都不是很清楚，而且还要带一个专升本的同学去做这个设计，所以做得特别认真。从收集资料到仿真在到做实物一共用了半个月的时间。在做面包板板的时候，花了很长的时间去布线，由于芯片太多，线很乱不得不手动布线，一共用了一天的时间才做好。

通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,但是控制器控制信号灯不是很好。虽然花了很多的时间，但学到了很多东西。做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍，增强了自己对知识的理解，很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了。在课程设计的过程中，我想了很多种方案，对同一个问题(像计数器的接法)都想了很多种不同的接法，运用不同的芯片进行了比较，最后还是采取了上面的方法进行连接。

五．程序

VHDL1