电子课程设计报告

电子技术课程设计题目交通灯信号设计

姓名蒋斯琪学号********* 院（系）信息与机电工程学院

班级电气及其自动化2班

数字电路课程设计报告设计课题题目：交通灯

专业电气及其自动化

班级15级2班

成员学号*********

小组成员：蒋斯琪

指导教师：

设计时间：2017.6.19—2017.6.26

一、设计目的

随着生活水平的提高，家庭汽车拥有量越来越多，城市交通堵塞问题越来越严重，解决城市的交通拥挤问题越来越紧迫。交通灯在这个交通环境中起着一个重要的角色，是交通管理部门管理交通的重要工具。十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。智能的交通灯能有效地缓解城市的交通压力，减少交通事故；为人民节省大量出行时间，创造出更多的社会价值。本文运用数字电路理论知识自行设计一个较为完整的小型数字系统。通过系统设计、Multisim软件仿真、电路安排与调试，在此次设计中学会初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，以及提高实际应用水平。

二、设计要求

1.掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。

2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法，能够运用所学知识设计一定规模的电路。

设计任务：

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，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，设置5s 计时显示电路。

三．方案设计与论证

根据设计要求，允许通行时亮绿灯，主支干道交替允许通行，主干道每次放行30s、支干道20s。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。

即：主干道绿灯亮30秒后，黄灯亮5秒，在这35秒内，支干道的红灯一直亮着，之后支干道绿灯亮20秒后，黄灯亮5秒，在这25秒内，主干道的红灯一直亮着，并依次循环(如图3.1)

图3.1

交通灯控制电路设计主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。

秒脉冲发生器是此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，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

定时器

TL TV ST

秒脉冲发生器

主干道信号灯

控制器译码器

支干道信号灯

图3.2

TL: 表示主干道或支干道绿灯亮的时间间隔，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。

TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。

ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。

四、设计原理和电路图

4.1基本元器件的选择

（1）信号源 1个（时钟脉冲源）

每隔1秒进行倒计时，T=1/f

选择频率为1Hz的脉冲源。

如图

图4.1

（2）芯片：（74LS190）×2片，

（74LS163）×1片，

（74LS138）×1片，

如图

图4.2 74LS190芯片引脚图

图4.3 74LS163芯片引脚图

图4.4 74LS138 芯片引脚图（3）逻辑门：74LS02D 或非门×2个，74LS08D与门×7个， 74LS32D 或门×2个，74LS04D非门×5个，

74LS20D 四输入与非门×1个；

（4）倒计时显示器：四引脚共阴极数码管×2个

如图

图4.5 四引脚共阴极数码

（5）交通灯TRAFFIC_LIGHT_SINGLE ×2个

如图

图4.6 交通灯TRAFFIC_LIGHT_SINGLE

4.2电路组成

1.控制器

由74LS163芯片以及其他的逻辑门构成。74LS163芯片与74LS190芯片连接采集脉冲信号，进行加计数，并输出逻辑电平信号，控制3-8译码器，从而控制红绿灯的亮灭。

74lLS163工作原理：

74lLS163是单时钟同步十六进制计数器，有置零和置数功能，时钟作用在上升沿。因为是同步计数器，当译出置数信号时必须等到时钟信号上升沿到来时才能置数，但上升沿到来时计数器又向高一位计数了。

假设用74LS163芯片构成一个八进制计数器，在0111＝7时译出置数信号与进位信号C，将置数信号输出端接至置数端，当上升沿到来时计数器本身被置8，但只有极短的存在时间，计数器马上被置数，进位信号变为0，只要将置数输入端D1到D4全部接地，就能将计数器置为0000。

图4.7 74LS163芯片真值表

图4.8 74LS163芯片功能表

2.定时器

由2片74LS190芯片级联及一个四输入与非门构成。

74LS190工作原理：

可逆计数器74LS190，可以实现加法或减法的计数，通过设定加/减控制信号U/D=1可进行减法计数，由于芯片本身就带有异步的置数端LOAD且为低电平有效，当置入控制端为低电平时，不管时钟CP 的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（D0～D3）相一致的状态。

74LS190 的计数是同步的，靠CP 加在4 个触发器上而实现。当计数控制端（CT ）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0～Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（U /D）为低电平时进行加计数，当计数方式控制（U /D）为高电平时进行减计数。只有在CP 为高电平时CT 和U /D 才可以跳变。

由于25秒的倒计时需要用两片的74LS190芯片才能实现，利用 RC 端，可级联成三十进制同步计数器。当采用并行CP控制时，则将RC 接到后一级CT ；当采用并行CT 控制时，则将RC 接到后一级CP。个位芯片的串行时钟输出端CO是低电平有效的，当状态为0时，输出为CO=0，下一个状态变为9时，输出为CO=1，所以有一个上升沿的产生，这正可以作为十位芯片的时钟信号，从而采用串行借位方式来实现倒计时。