简易交通信号灯控制器

1、学院 数字电子技术课程设计题 目 简易交通信号灯控制器 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师 完成时间 目 录 1 课程设计的目的12 课程设计的任务与要求13 设计方案与论证14 单元电路设计及总原理图24.1 单元电路设计24.2 总体电路图75 系统仿真过程与系统综述85.1 系统仿真过程85.2 系统概述106总结体会116.1 实验感受和心得体会116.2 总结11参考文献13附录1：元器件清单14附录2：产品外形正视图151 课程设计的目的交通运输是国家经济发展的动力，日常出行也是我们生活中不可或缺的一部分。确保道路交通顺畅与安全的重要性不言而喻。在确保十字路口的交通秩

2、序工作中，信号灯扮演了极其重要的角色。交通信号控制系统是用来自动控制十字路口红黄绿三色的电子系统。交通灯简易交通信号灯控制器利用555秒脉冲发生器提供秒脉冲信号，通过CP输入。主控制器由一块74LS161组成一个16进制计数器，分别在45S，50S，75S，80S，通过驱动控制装置来控制主干道与支干道中绿、黄、红发光二极管的亮灭及其持续时间，从而实现对主干道与支干道交通信号的控制1。2 课程设计的任务与要求1. 东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s。2. 东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。 3. 南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s。4. 如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红

3、灯全亮。3 设计方案与论证下面列出三种方案： 方案一：十字路口每个方向的绿、黄、红灯所亮的时间比例分别为9：1：5，所以，可以选择计数器为5s的脉冲。因为每5s一个时间单位，所以计数器的工作循环为16，应选择一个十六进制的计数器来控制，故选择74LS161四位异步二进制计数器，再加上相应控制器来配合，达到计数器分别在9、10、15、16翻转的目的。方案二：本方案主要由主控制电路和秒脉冲发生器组成，其中主控制电路包括：主控制器、清零装置、驱动装置、信号灯装置及一些逻辑门。主控制器中采用两块74LS290二-五-十进制来实现八十进制计数器。秒脉冲发生器由555秒脉冲发生器负责提供脉冲信号。接通电源

4、瞬间，清零装置将主控制器清零，紧接着，主干道绿灯和支干道红灯打开，其余主、支道灯关闭。秒脉冲传送到控制器，主控制电路在45s到，50s到，75s到，80s到分别产生翻转信号，从而改变 主、支道绿、黄、红灯的开闭持续时间，继而实现交通信号灯控制。方案三：十字路口车辆通行情况只可能有4种情况，可以依次用S0=00，S1=01，S2=10，S3=11，L来记忆交通灯的工作情况。分别对这四种情况进行编码，得到转换图，显然这是一个四进制计数器，可以采用J-K触发器74LS107来构成，控制电路。三种方案经过比较，我选择方案一，因为方案一比较容易理解设计思路比较清晰，主控制器用的是十六进制74LS161计

5、数器，该元件在电工实验中使用过，比较熟悉，比案二、三更容易实现。而方案三中器件我不太熟悉，所以最终我们选方案一。4 单元电路设计及总原理图4.1 单元电路设计1倒计时计数器这里是采用两片74192两片芯片构成16和11进制计数器，控制个位数字的74192的减计数控制端接1HZ的脉冲输入，其中输入端A、C是接在一起并接在进制控制器的输出端。其中两个74192的置数端是由控制十位数字的74192一个高位输出端QD通过一个非门接过来的，并且低位输入端A接高电平，控制十位数字的74192的减计数控制端接控制个位数字的74192的借位输出端BO2。两个74192的清零端都接在紧急开关的一端。如下图： 图

6、4-1 倒计时计时器原理图2黄灯控制电路这里是采用数据分配器74138，该芯片的输入端A、B、C 分别接倒计时计数器中的控制个位数字的74192的输出端QA、QB、QC，为了保证是在显示器只是在显示05s时黄灯亮，应把此74138的使能端G1由倒计时计数器中的控制十位数字的74192的输出端QA与由倒计时计数器中的控制个位数字的74192的输出端QD通过一个或门再经过一个非门接过去3。然后6输出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5都分别经过一个非门然后都接入一个或门，那么或门的输出端就是接黄灯的，也即黄灯控制器的输出端。如下图。图4-2 黄灯控制电路图3黄灯控制电路信号灯转换器其实就是由计数进

7、制转换器来实现，即一个JK触发器，其中J、K端都同时接高电平，即构成了一个T触发器，目的就是实现翻转功能，其时钟输入端是由倒计时计数器中的两片74192的八个输出端经过一个或门然后经过一个非门接入4。如下图：图4-3 黄灯控制电路图4交通灯显示电路一个方向的红灯由信号灯转换电路的反向输出端Q和一个紧急开关的输出端经过一个或门接入，黄灯是由信号灯转换电路的正向输出端Q和一个紧急开关的输出端经过一个非门以及一个黄灯控制电路的输出端经过一个1HZ的脉冲源，这三个输出端再经过一个与门接入，绿灯由信号灯转换电路的正向输出端Q和一个紧急开关的输出端经过一个非门，这两个输出端再经过一个与门接入，另一个方向的

8、红灯由信号灯转换电路的正向输出端Q和一个紧急开关的输出端经过一个或门接入，黄灯是由信号灯转换电路的反向输出端Q和一个紧急开关的输出端经过一个非门以及一个黄灯控制电路的输出端经过一个1HZ的脉冲源，这三个输出端再经过一个与门接入，绿灯由信号灯转换电路的反向输出端Q和一个紧急开关的输出端经过一个非门，这两个输出端再经过一个与门接入5。其中还加入一人行道的信号灯，这些灯的接法就是红灯接在相邻车辆信号灯的绿灯上，绿灯接在相邻车辆信号灯的红灯上即可，也就是该方向上的车辆通行，人行道就禁通行，反之，人行道通行。如图4-4。5紧急开关该开关这里用的是单刀双掷开关，一端就是接入每个交通灯，直接接红灯，其它灯是

9、经过了一个非门接入，该端还接入到倒计时计数器两片74192的清零端。另一端是不起作用，其实也可以用一个单刀单掷开关，该开关不仅能够在发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。在处理完紧急事件后，第一次开始进入正常运行状态时还可以通过它控制切换选择哪个方向开始先通行。图4-4 交通灯显示电路图图4-5 紧急开关4.2 总体电路图1电路的工作原理本电路的脉冲信号由CB555定时器组成的多谐振荡器外接上合适的电容C和电阻R组成，可以产生T=5s的矩形波，该信号输入计数器74LS161（十六进制计数器）进行计数并通过Q3Q2Q1Q0输出二进制数。在组合逻辑电路作用下分别在0（0s）、9(5*9=45

10、s)、10(5*10=50s)、15(5*15=75s)时对JK触发器进行触发（或置零）使相应二极管发光，实现信号灯的功能6。图4-6 原理电路图5 系统仿真过程与系统综述5.1 系统仿真过程1主干道绿灯，支干道红灯状态图5-1 主干道绿灯，支干道红灯状态仿真图2主干道黄灯，支干道红灯状态图5-2 主干道黄灯，支干道红灯状态仿真图3主干道红灯，支干道绿灯状态图5-3 主干道红灯，支干道绿灯状态仿真图4主干道红灯，支干道黄灯状态图5-4 主干道红灯，支干道黄灯状态仿真图5.2 系统概述所设计系统通过将555多谐振荡器产生的秒脉冲用74290五分频后实现对移位寄存器74164的控制，再将八位寄存器

11、74164通过非门接成十六位扭环形移位寄存器，得到十六种均匀的输出状态，将其不同输出状态通过逻辑门得到红绿灯的工作状态，同时可以根据红绿灯的工作状态转化为数码管所需显示时间，通过计时显示电路实现数码显示功能。而计时电路通过十进制加减可逆计数器74190的减法计数功能得以实现7。6总结体会6.1 实验感受和心得体会通过这次实习：我学会了使用电子制作工具。深深感受到动手重要性和专业的趣味性。整个过程我觉得主要是焊接，在焊接时焊接头不要与电路板接触以免使电路板过热导致毁坏电路板，从而影响实习的成功率。还有在焊接时应避免所焊接的原件与其它元件相连而导致在通电时发生短路影响实习，在焊接时还应该注意安全，

12、本人在实习中都被烫了好几次，不过相对与收获而言一切都值了，在实习中也收获颇多，毕竟看花容易绣花难。只有实践才是真理，只有在实践中才能出真知。6.2 总结通过这次对简易交通灯的设计制作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了555定时器的工作原理与设计理念。此次实验是理论与实践相结合，不仅加深了我对理论知识的理解，而且极大地加强了我的动手能力，在犯错发现错误改正错误获得经验教训再犯错的循环中认识到自己的某些不足，也学到了许多暂时无法用言语表达的东西。通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的

13、提升。最主要的收获，具体如下：a）基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程，了解电子产品的焊接、调试与维修方法。b）熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查找资料，查阅有关的电子器件图书等。 实践是检验真理的唯一标准，理论联系实际，多学多思，才能更好地掌握知识，发现自己的错误并能加以改正。墨子的“言必有三表，何为三表？”学习是一件快乐的事请，实习更是一件快乐的事情。能发现自己的错误与不足而加以改正，不亦说乎？最后，感谢牛丹丹老师，感谢你为我们创造了这次实验机会，感谢你们付出的心血，给予我们的指导和帮助。我觉得我会珍

14、惜以后每一个实习的机会，在平时的学习中，也要学会自身的学以致用，将理论转变为实践。参考文献1 阎石.数字电子技术基础（第五版）M.北京：高等教育出版社，20062 彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社，20083 陈先龙.电子技术基础实验M.北京：国防工业出版社，20064 陈光明.电子技术课程设计与综合实训M.北京：北京航空航天大学出版社，2007 5 谢自美.电子线路设计实验测试（第三版）M.武汉：华中科技大学出版社，20066 蒋辉平.周国雄. 基于Proteus的芯片系统设计与仿真实例M.机械工业出版社，20097张毅坤. 单片微型计算机原理及应用，M西安电子科技大学出版社，1998附录1：元器件清单序 号名 称 型号参数数量备注 0 1555定时器555 Timer1秒脉冲发生器 0 22-5进制计数器74290N1分频器 0 3八位