数字电子技术交通信号灯控制器

1、 职业技术学院 学生课程设计报告课程名称： 数字电子技术 专业班级： 高职电子102班 姓 名： 学 号： 指导教师： 陕西科技大学 课程设计成绩考核表课程设计名称： 专业： 班级： 学号： 姓名 下表由指导教师按实际情况进行填写：考核内容所占比例得分设计方案15说明书15图纸、程序、计算、作品等的完成质量30创新与发挥情况10答辩（口试）情况20出勤率10指导教师评语总评成绩评定等级成绩与等级对应表优90100良8089中等7079及格6069不及格59分以下指导教师签字： 教研室主任签字： 200 年 月 日 陕西科技大学交通信号灯控制器 课程设计任务书学院：职业技术学院 专业：应用电子技

2、术102班 学号：20100309235 姓名：杨杰 题目：交通信号灯控制器1.课程设计题目内容及要求1）设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个 入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。2）用红、绿、黄发光二极管作信号灯，用逻辑开关作检测车辆是否到来的的信号。3）主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯；4）主、支干道均有车时，两者交替允许通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时

3、、显示电路。5）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过度，使行驶中的车辆有时间停到禁行线以外，设立5秒钟的计时及显示电路。2.课程设计备注 1）45秒、25秒、5秒的定时信号，可用顺时计时，也可用倒计时，计时起始信号由主控电路给出，定时结束信号也输入到主控电路，由主控电路点亮或关闭三色信号灯或启动另一计时电路。2）主控电路是核心，它是一个时序电路，它的输入信号为： 有否车辆的检测信号； 1页 45秒、25秒、5秒的定时信号； 可用下面的四个状态描述）设计出框图中各部分逻辑电路，可用中、小规模集成电路，也可用中规模集成电路连 接而成。对各部分电路的工作原理应作出说明。 ）画出

4、整个设计电路的原理电路图，并说明电路工作原理。 ）报告用a4纸，图用直尺在坐标纸画，各功能引脚应有标号。设计报告文字通顺，清晰，原理要表达清楚。 2页 目录1 课程设计题目. 12 课程设计目录. 33 交通灯控制逻辑电路设计. 44 交通灯的组成. 55 单元电路的设计. 86 体会心得. 18 7 参考文献. 20 3页 交通灯控制逻辑电路设计设计要求和技术指标1、技术指标：设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制十

5、字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。2.、设计任务与要求 一.基本功能 1设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒； 2要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道； 3黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次 。 二基本扩展功能 1.信号灯的倒计时2.进行数字显示 三特色扩展功能1.定时控制信号周期。实际应用：我们灯控路口的每天都存在着低峰时段（如夜间），不需要设置信号灯的周期，以便节省能源。我们设计在一个周期的某一时间段内，将交通信号灯自动关闭。（第8个周期运行，第1-7个周期停止运行） 实现手动对关闭周期的时间控制。（周期

6、在20和40之间通过开关控制） 2.定时控制信号周期，实现在一个时段内的不对称周期。实际应用：我们灯控路口的每天都存在着某时段（如两个车道中的一个车道需要长周期），便于交通。我们设计在一个周期的某一时间段内，将交通信号灯变为不对称的信号（a车道为70秒，b车道为30秒）。暂时设置为（第8个的半个周期（30秒）（自动设置为半个周期）运行，加第7个的上半周期（70秒），形成一个不对称周期。第7个下半周期和1-6个周期正常运行） 4页1 交通灯的组成 交通灯控制系统的原理框图如图12、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

7、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。图中： tl: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，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。 图12、1 交通灯控制系统的原理框图 两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如图1-2所示 5页 状态0支干道绿灯亮状态1支干道黄灯亮状态2主干道绿灯亮状态3主干道黄灯亮图1-2

8、一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔tl时，控制器发出状态信号st，转到下一工作状态。（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔ty时，控制器发出状态转换信号st，转到下一工作状态。 （3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔tl时，控制器发出转换信号st，转到下一工作状态。（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停

9、车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔ty时，控制器发出状态转换信号st，系统又转换到第（1）种工作状态。 交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用s0、s1、s3、s2表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示。 6页控制器状态信号灯状态车道运行状态s0（00）s1（01）s2（11）s3（10）甲绿，乙红甲黄，乙红甲红，乙绿甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行甲车道缓行，乙车道禁止通行甲车道禁止通行，乙车道通行甲车禁止道通行，乙车道缓行12-3 控制器工作状态及其功能

10、控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定： ag=1：甲车道绿灯亮；bg=1：乙车道绿灯亮；ay=1：甲车道黄灯亮；by=1：乙车道黄灯亮；a r=1：甲车道红灯亮； br=1：乙车道红灯亮；（a代表甲车道，b代表乙车道，g为绿灯，y为黄灯，r为红灯） 由此得到交通灯的asm图，如 图12-2所示。设控制器的初始状态为s0（用状态框表示s0），当s0的持续时间小于25秒时，tl=0（用判断框表示tl），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st（用条件输出框表示st），并转换到下一个

11、工作状态。依此类推可以弄懂asm图所表达的含义。 7页 12-2画出交通灯控制器的asm（algorithmic state machine，算法状态机）二单元电路的设计（1）秒脉冲发生器 脉冲信号发生器直接由集成元件。 8页（2）定时器定时器由与系统秒脉冲（由上面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两个74ls190d进行设计。74ls190是10位二进制同步计数器，它具有清零、置数的功能。74ls190d的外引线排列图和

12、时序波形图如图12、4所示，其功能表如表12、2所示。190 的预置是异步的。当置入控制端（ ld ）为低电平时，不管时钟cp 的状态如何，输出端（q0q3）即可预置成与数据输入端（d0d3）相一致的状态。190 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q0q3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。190 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

13、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（ rc ）输出一个宽度等于cp 低电平部分的低电平脉冲。ctp、ctt是计 图12、2 交通灯的asm图数控制端，co是进位输出端，d0d3是并行数据输入端，q0q 3是数据输出端。由两片74ls163级联组成的定时器电路如图12、4所示。74ls190d的外引线排列图 9页 74ls190时序波形图输入输出clku/dloadabcdrcoqaqbqcqd000000100001101000100010011000100001表12、2 74ls190d功能表10页 图为计时器的构成（两个74ls190d） 通过对个位和十位的或

14、门的0，输入给load,实现初始状态的置数，之后将u/d接高电平，从而实现倒数计时。之后由30倒数至0时，或门得0，又实现置数功能。如此循环下去，实现计数功能。 （2） 控制信号发生装置1.tl信号发生原理 12页2.ty信号发生原理ty信号即为00的置位信号，即只需将load的接口引出即可。（3） 控制绿灯显示器通过主控定时器控制绿灯显示器，通过对绿灯计时器25位置产生信号与主计时器5位置产生的信号及时冲脉冲进行与运算，输出信号来控制输出信号。对时冲脉冲进行操作。从而实现绿灯显示在红灯运行25秒后，从而实现使其脉冲信号中断5秒，从而实现准确计 13页主控计时器时间段25位置信号5位置信号输出

15、信号30-250失效没有锁定5-011锁定000解锁（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。从asm图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个jk触发器jk-ff接入或门电路做为时序寄存器产生 4种状态，j、k端由高电平控制。使用其计数功能。 jk-ff外接引线表表12、3 控制器状态转换表j、j1k、k1tytlq q1aragaybrbgby111010100010110111100001111001010100110100001100根据表12、3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将q、q1和ag为1的项所对应的输人

16、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，即可得到下面的方程： 14页根据以上方程，对其化简得ar=q、,实现每个d触发器的输入函数，将触发器的现态值（q1、q0）加到d触发器输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图12、5所示。 黄灯闪烁可由时钟脉冲来解决，当信号为1的时候，采用或门电路，从而使信号灯失去作用，实现锁定。当信号为0的时候将会解除锁定。同时信号的1、0变换，使黄灯实现闪烁 图 12、5控制器逻辑图(5）附加功能（1）信号周期定时关闭的实现当信号周期传达到给计时器时，计时器进行倒计时，当倒计时到8时，输出信号qa、qb、qc的

17、值为1、1、1，经过与门之后输出kl=1,再与时冲脉冲经过与门后，将信号灯锁住。其原理图如下。 15页图为信号周期发生图 图为输出信号发生装置 16页图为对交通灯的锁定示意图(6）附加功能（2）定时控制信号周期，实现在一个时段内的不对称周期通过jk触发器的输出端q进行计时，输入到下图所示的计数器，当qa、qb、qc同为1时，计数器显示为7从而通过或非门电路输出信号1.如下图所示 通过信号1来控制两个74l190d中的c端的电位，实现对周期的同时改变。当信号为0时则不发生作用，周期不变。如下图所示 17页三体会总结通过这次课程设计，加强了我们小组的思考和解决问题的能力。电路原理和连接，和芯片上的

18、选择。巩固数字逻辑电路的理论知识， 实现第一种附加功能方案用了36个芯片，实现第二种附加功能方案用了29个芯片。对190计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等.使d触发器从书本上的理论知识联系到实际,让我更加了解它的功能. 更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些 18页问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些器的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，做了课程设计后就完全了解其作用。虽然我们小组的交稿时间较晚，但是我们独立的实现了扩展功能。并在别人的基础上实现了基本功能的改进。从刚开始什么都不懂，到最后请教别人做到了基本功能，然后又改进别人的基本功能，进而自己独立做出扩展功能。突然觉得得到一个好的分数不是一件重要的事情。真正重要的是在这次设计中学到了一些东西。不仅仅是电路上的知识，更是一种科研能力、独立思考的能力、对知识的热