简易交通灯课设报告

数字逻辑课程设计报告 指导教师（签字） 前 言 随着经济和工业的发展，对交通有了更高的要求，因此交通也日益发达，各式各样的马路，立交桥纵横交错，为了高速安全的运行，安装交通灯是必不可少的。十字路口，红绿灯指导着车辆和行人的安全，使交通井然有序，所以交通信号灯尤为重要。目前，我国已经实现了用计算机智能控制交通灯，使得交通管理工作逐步实现了智能化。 为了更好了解交通灯工作原理，我们将学习运用数字电子技术尝试制作自动控制装置。本课程将使用数字电子技术及其他相关知识，实现一个简单的交通灯的控制电路。 这将有利于学生更好掌握数字电子技术这门课程所学知识，更好认识交通灯的工作原理。此外，该课程设计也很好地引导学生将理论知识运用与实际操作，提高了学生解决实际问题的能力。由于水平和经验有限，缺点和错误在所难免，望老师提出意见以便改进。目录绪论.1第一章 系统概述.2第二章 单元电路设计及功能说明.22.1计时器电路.22.2数码管显示及主控器.3第三章 系统综述.6第四章 结束语.74.1 收获与体会.74.2元器件及其功能.7参考文献绪论摘要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调已成为交通管理部门需要解决的重要问题。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测，交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的部分，采用数字电路对交通灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿灯以及人行道两组红、绿灯的状态转换的方法，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。本次课程设计中，将以传统的设计方法，利用数字电路的基本知识，来实现一个简单的交通信号灯控制系统关键字 交通灯控制器 秒脉冲发生器 移位寄存器 单时钟十进制可逆计数器 数码显示管 信号灯主要技术指标与要求设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路，具体要求如下：定周期控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒。每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡。分别用红、黄、绿发光二极管表示信号灯。设计计时显示电路。一系统概述 本系统设计中，根据要求可以建立四个功能模块，分别是主控制器模块、时钟脉冲信号发生模块、计时器与时间显示模块、信号灯驱动模块。主控模块起到控制和联系其它各模块的作用，其它模块反过来作用于主控模块，实现整个系统的正常运行。经过最终设计与论证，得到个模块的关系如图所1-1所示：图 1-12 单元电路设计及功能说明2.1计时器电路计时器电路是本次设计中做复杂也最为关键的一部分，这一部分又可以分为输出和输入两部分。输入的信号除了秒脉冲时钟信号以外，更重要的是主控电路对其输入的置数信号。输出信号为三部分，分别是主次干道的计时显示电路、置数端开关控制信号、主控电路的脉冲控制信号。百进制计数器电路 这一部分我们选用两片十进制计数器芯片74LS190D级联而成。74LS190D可以实现加计数和减计数，由U/D控制，当输入为低电平时进行加计数，反之则为减计数，本次设计选用减计数，因此U/D端输入始终为高电平。CTEN端为扩展功能端，接入低电平时正常工作，级联接线如图2-4所示。74LS19074LS190为可预置的十进制加减法计数器，共有两种线路结构形式。74LS190的预置是异步的。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）都可预置成与数据输入端（D0-D3）相一致的状态。74LS190的预置也可是同步的，只要在CP加上4个触发器而实现。当计数控制端（CT）为低电平时，在CP上升沿作用下的Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制为低电平时进行加计数，当计数方式（U/D）为高电平时进行减计数。只有在CP为高电平时，计数控制端和计数方式控制才会跳变。74LS190有超前进位功能。当计数溢出时，进位错位输出端（CO/BO）输出一个低电平脉冲，其宽度为CP脉冲周期的高电平脉冲。行波时钟输出端的输出一个宽度为CP脉冲周期的低电平脉冲。利用RC端，可以级联成N级同步计数器。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。74LS190引脚图图2-1 图2-22.2数码管显示及主控器（1）74LS16374LS163是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，： 图2-3管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET)输 入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 x x x x x x x 0 0 0 0 1 0 x xDCBA D C BA 1 1 0 xx x x x Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 x 0 x x x x Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 x x x x 状态码加174LS163 从74LS163功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS163输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS163还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS163可以组成16进制以下的任意进制分频器。(2)74ls138引脚图 图2-474HC138管脚图:74LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，其工作原理如下： 当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。在本次设计中，主道和次道的计时显示电路我们仅仅用数码显示管DCD_HEX来完成，用于计时状态的显示，主道于此道显示器接法相同，如图2-5所示。 图2-5主控制器控制着电路中的灯亮与对应的时间，下面是灯亮与对应时间的状态转换图如图2-6所示。 图2-6由图中可得一周期80秒，且最小状态为5秒，则可用十六进制表示一周期，每一进制耗时五秒。可用74LS163的四位二进制加法功能实现控制器，设QA、QB、QC、QD分别为74LS163的四个输出端，X1、X2、X3、Y4、Y5、Y6分别表示主干道绿灯亮、主干道黄灯亮、主干道红灯亮、支干道绿灯亮、支干道黄灯亮、支干道红灯亮。 交通灯控制电路，要求每个方向有三盏灯，分别为红、黄、绿，配以红、黄、绿三组时间倒计时器显示。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。每盏灯顺序点亮，循环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运行状态共有四种，分别为： 状态0：南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行。 状态1：南北方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行； 状态2：南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；东西方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行； 状态3：南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；东西方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；4种状态循环往复，并且红灯的倒计初始值为绿灯的倒计初始值和黄灯的倒计初始值之和。交通灯电路的具体运行图如图11所示。主控制器的设计真值表如图2-7所示。状态0南北方向车道的绿灯亮 状态1南北方向车道的黄灯亮 东西方向车道的红灯亮 东西方向车道的红灯亮状态2南北方向车道的红灯亮 状态3南北方向车道的红灯亮 东西方向车道的绿灯亮 东西方向车道的黄灯亮 图2-6表3 主控制器的真值表CP顺序Q3Q2Q1Q0X1X2X3Y1Y2Y3m000000100001m110001100001m220010100001m330011100001m440100100001m550101100001m660110100001m770111100001m881000100001m991001010001m10101010001100m11111011001100m12121100001100m13131101001100m14141110001100m15151111001010由图表可得出：X1=m0+m1+m2+m3+m4+m5+m6+m7+m8;X2=m9;X3=m10+m11+m12+m13+m14+m15;Y1=m10+m11+m12+m13+m14;Y2=m15;Y3=m0+m1+m2+m3+m4+m5+m6+m7+m8+m9经过一系列计算可得到主控制器与指示灯连接的电路如图2-8所示。 图2-7三系统综述3.1总体电路图图3-1四结束语4.1收获与体会 通过这次对交通信号灯的设计，我们对十字路口的交通灯系统的工作原理有了比较深的理解，学到了很多书本上学不到的东西，尤其是掌握了对Multisim12.0熟练地运用。要真正意义上设计一个东西出来，与我们课堂上学到的理论知识是有千差万别的，这次设计让我彻底的体会到理论上看似一个简单的问题，但是当我们要把它设计出来用以实践的时候，仍有很多问题需要我们去解决。这次课程知识得到应用与巩固，真正的做到把知识用于实践生产，让我们的动手能力得到了很大的锻炼。遗憾的是由于时间问题和期末考试的复习，我们没能通过移位寄存器把带有转向的红绿灯信号控制系统做出来。当然，我们所做的交通灯系统与实际的有很大的差距，毕竟实际电路和用软件仿真出来的是有很大的区别，我也了解到我们用的是最基础的电子元件，到以后其实可以用单片机替代。本次课设我是负责全组人员的分工和车行道红绿的系统的设计以及后面的课设报告的编写和汇总，我们小组三人齐心协力，分工明确，在规定的时间内我觉得应该算是保质保量的完成了红绿灯的课程设计，所以我觉得，我们应该培养好良好的团队意识，对今后的学习和工作以及生活都有很大的帮助。4.2元器件及其功能74LS04D输入高电平5V则输出低电平74LS08D二输入与门，输入A，B，输出L=AB。74LS20D四输入与非门。74LS02D二输入或非门。参考文献1 林涛.数字电子技术基础.清华大学出版社2 余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第三版）.高等教育出版社,2006.3 赵保