【交通运输】数字电路课程设计报告交通灯

西安邮电学院

数字电路课程设计报告书

——交通灯控制器

院部名称：电子与信息学院专业名称：

班级：

学生姓名：

实习时间：2010年12月20日至2010年12月

31日

注释：交通灯控制器是可以自动控制交通灯并以倒计时的方式显示出时间来，方便行人和车辆在通行时有条不紊的通行，达到交通井然有序，出行人员安全快捷的到达目的地的效果。本次实验的就是想通过这样的一个实例，来结合数字电路课程的学习共同实现这样的一个应用工具，达到理论和实践相结合的目的。一：课程设计题目：交通灯控制器

二：任务和要求：

设计一个十字路口控制交通秩序的交通灯，满足以下条件：

1.显示顺序为其中一组方向是绿、黄、红；另一方向是红、绿、黄。

2.设置一组数码管以倒计时的方式显示语序通行或禁止通行时间，其中支

通道绿灯的时间是20s，另一个方向上主通道的绿灯亮的时间是30s，

黄灯亮的时间都是5s.

3.选做1：当任何一个方向出现特殊情况，按下手动开关，其中一个方向

通行，倒计时停止，当特殊情况结束后，按下自动控制开关恢复正常状

态。

4.选做2：用两组数码管实现双向倒计时显示。

三：总体方案的选择：

1．交通灯控制器功能概述：

交通灯控制器是可以自动控制交通灯，以倒计时的方式显示时间。交通灯控制器是以七段显示数码管显示时间，用发光二极管来模拟交通灯。实现这个交通灯控制器可以采用EPROM编程、RAM编程、可编程逻辑器件、单片机等实现。但是在这次实验中我们采用基本的数字芯片和发光二极管来实现这样的要求，采用这样的方式是：提供了这些芯片，也学习了数字电路的知识，两者的结合刚好巩固了我们对理论的加深理解。

2.交通灯亮灭和时间的确定（考虑到有四种状态，所以采用两位二进制数来控制各种状态，且二进制数用D触发器产生）：

00 东西红，主通道绿（30s）

01 东西红，主通道黄（5s）

10 东西绿，主通道红（20s）

11 东西黄，主通道红（5s）

3.方案的选择：

本实验采用555电路，74ls161芯片，D触发器，2—4译码器和七段显示数码管的相互连接来达到控制二极管发光和数码管的显示。设计思想是想用161芯片控制数码管的显示，用D触发器来控制二极管的发光。用555电路实现一个时钟脉冲控制161的工作，考虑到时间和二极管的显示要同步，因此必须使控制数码管时间变换和控制二极管发光的信号保持一致。也就是说要当数码管的

时间发生变化时，二极管也要相应的变化。具体情况的选择会在后面每个单元电路里说到。

4．电路设计方案框图

四．单元电路的设计

连接电路为四个模块：时钟产生电路由555产生时钟信号，周期为一秒；计时控制电路使用两片161级联实现计数功能并实现数码管倒数计时显示；主控制器部分由D触发器产生00，01，10，11四种循环状态进而实现161芯片预置数的产生；显示部分使用2—4译码器和基本器件实现二极管的亮灭。1．时钟信号的产生

利用555产生时钟信号。电路图的连接原理图如下所示，其中3脚输出的就是时钟信号。

2. 两片161级联实现计数功能并实现数码管倒数计时显示电路（在EWB软件中无161芯片且此处无需用到清零端，故用163芯片来实现）：

3：D触发器产生00，01，10，11四种循环状态：

得到驱动方程：

D1=Q0非

D0=Q1异或Q0。

电路如下：

4．2—4译码器和基本器件实现二极管的亮灭：

由2—4线译码器工作原理与控制部分D触发器输出和电路功能能要求红绿灯亮暗关系可连接电路如下：

5.各模块连接关系

①555是动力，D触发器是核心；555电路负责提供一秒的cp脉冲，供给161的工作，而D触发器的脉冲由161提供，可以说555为整个电路提供了驱动。D触发器组成控制部分，要达到既能控制计数部分输入模值，又能提供正确的红绿灯显示部分输入的目的。

②模块关系。555时钟电路仅与计数部分有关，为两片161提供同步脉冲；计

数部分的置入模值由D触发器与本身仅为信号CO共同控制，同时两片进位信号为D触发器部分提供脉冲；红绿灯显示部分仅与控制部分有关，直接接入两片D触发器的输出。

五：总体电路设计

（电路经过软件仿真，显示输出结果正确无误）

选做部分

以上电路实现了交通灯模拟的基本功能，由于面包板大小限制和首次搭接这种规模的电路经验不足，放弃了第二种选做方案，选择第一种选做方案，并选择控制主通道实现，即特殊情况出现时，停止倒计时，次通道由任意状态变回红灯状态，主干道变回绿灯状态。

经过考虑，我将控制D触发器的清零脚与两片161的LT非端，正常状态下，D触发器的清零端接到高位，低位片的LT非端接到本芯片的CO非端，高位片的LT非端接到两个芯片CO和CO的与非。当出现特殊情况时，D触发器的清零脚与两片161的LT非端直接接至低电位。此时，出现主干道绿灯亮，次干道红灯亮，数码管停止计数。如将上三个端接到相应的端时（正常情况下），则计

数器正常计数，数码管正常倒计时，红绿灯正常亮暗。

空箭头表示正常工作状态，黑箭头表示表示特殊情况时状态。该方案虽然实现简单，但是其不足之处在于每次特殊情况过后，交通灯的工作状态就由主通道绿灯，支通道红灯开始，不能回到原来的状态。

六．

1．首先搭接驱动部分——555电路，搭接完成后，测量555的3管脚输出电压是高低变化的，周期1s左右，即为正确；

2．然后搭接控制器部分，搭接完成后，在两输出端接发光二极管和保护电阻，由555电路提供时钟信号，观察两个发光二极管的亮暗变化是否与预期相符，即：暗暗——暗亮——亮暗——亮亮（Q1Q0）循环为正确；

3．去掉测试二极管，开始搭接红绿灯显示部分，搭接完成后，由555电路为控制部分提供脉冲，控制部分输出接入红绿灯显示部分，观察红绿灯显示是否于预期相同；

4. 最后搭接计数与计数显示部分，搭接完成后，161的数据置入端先接入任意测试数据，由555电路提供脉冲，观察倒计循环显示是否符合所输入的数据，若符合则161与48并数码管搭接正确；

5. 按照经过仿真的电路图，将几个模块搭接在一起，观察显示是否正确，调试电路。