交通灯控制器

1、 电子技术课程设计电 子 技 术课 程 设 计成绩评定表设计课题 ： 交通灯控制器 学院名称 ： 电气工程学院 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 4 指导教师 ： 刘林芝、孟艳花、张晓辉 设计地点 ： 31-225 设计时间 ： 2014-7-72014-7-12 指导教师意见：成绩: 签名： 年 月 日 电 子 技 术课 程 设 计 课程设计名称： 交通灯控制器 专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 刘林芝、 孟艳花、张晓辉 课程设计地点： 31-225 课程设计时间： 2014-7-72014-7-12 电子技术 课程设计任务书学生姓名专业班级学号题

2、 目交通灯控制器课题性质工程设计课题来源自拟指导教师孟艳花主要内容（参数）设计一个交通灯控制器，控制A、B两条交叉道上的车辆通行，具体要求如下：（1）每条道路设一组信号灯控制器，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过通行线的车辆停止通行，红灯表示禁止通行；（2）每条道上每次通行时间为25s； (3)每次变换通行车道之前，要求黄灯先亮5s，才能变换通行车道；（4）按规定格式写出课程设计报告书。任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及

3、元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5-6天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。主要参考资料1 康华光电子技术基础（模拟部分）（第5版）M北京：高等教育出版社，20042 阎石数字电子技术基础（第5版）M北京：高等教育出版社，20063 陈光明.电子技术书课程设计与综合实训M北京航空航天出版社. 2007审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 引言交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。本交通灯设计主要由秒信号发生器、控制器、译码显示电路组成。秒信号发生器由555定时

4、器产生脉冲，状态控制器为同步十进制加法器74LS160，状态译码器为74LS138。当A干道为红灯时，A干道汽车停止前进，B干道汽车及行人允许通过。20s后，A干道变为黄灯，此时B干道为红灯，A干道将有5s黄灯时间允许已经在线外的机动车通行，B干道禁止通行，25S后，A干道变为红灯，B干道变为绿灯，A干道汽车停止前进，B干道汽车开始前进，以此往复进行。1、 设计目的（1） 熟悉集成电路的引脚安排。（2） 掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3） 了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。（4） 学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。（5） 熟悉数字交通灯控制电路的设计。2、设计原理及框图 根据设计

5、要求，设计一个交通灯信号控制器，A、B干道交替通行，A干道每次放行25秒，B干道放行25秒，绿灯亮表示通行，红灯表示停止。每次绿灯变红灯时黄灯先亮5秒。该交通灯控制系统的组成框图如图1所示。状态控制器主要记录交通灯的工作状态，通状过状态译码器点亮相应状态的信号灯，秒信号发生器产生整个定时系统的时间脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到每一种工作状态持续时间。减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定下一次减法计数器的初始值。减法计数器的状态由bcd译码器译码，数码管显示。由图2.1所示：图2.1：交通灯控制原理框图其中秒信号发生器由555定时器及电

6、容、电阻、电感组成，减法计数器所用芯片为同步十进制计数器74LS192状态译码器为74LS138，状态控制器为同步十进制加法器74LS160，显示器为四段共阴极显示器，所有的器件功能都可以在数字电子技术基础中查找。3、单元电路设计3.1、状态控制器设计根据设计要求，用555定时器设计信号源。频率为1HZ。如图3.1：图3.1：555定时器控制图 根据设计要求，各信号灯工作顺序流程如图3.2，信号灯四种不同状态分别用S0（A干道绿灯亮，B干道红灯亮），S1(A干道黄灯亮，B干道还是红灯），S2（A干道红灯亮，B干道绿灯亮），S3（A干道还红灯亮，B干道黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如图3.

7、3所示。 图3.2：交通灯流程图图3.3：状态转换图根据上述流程图和状态转换图，我们可以用一个两位十进制计数器实现，用2个3线8线译码器74190译码器与显示电路相连。电路图3.4所示。图3.4：2个3线8线译码器74190译码器与显示电路相连其中74190的CLK接受来自减法计数器的借位输出，74190的Y0、Y1、Y2、Y3去置数和控制信号灯的状态。当减法计数器高位同时出现借位时就会给clk一个脉冲，经过74138译码后控制交通灯的状态变化以及置数的变化，从而控制整个系统，其中74190的QA、QB端经过一个与非门接其置数端，当QA、QB同时为1时，计数器置数回到0，从而控制电路的状态循环

8、，同时QA、QB的变化经过译码器74190后控制整个电路及交通灯的循环。3.2、交通灯状态显示及置数控制电路整个交通灯状态分为四部，真值表与状态如图3.5。A、B干道的红、黄、绿信号灯主要由状态控制器输出决定。用1表示灯亮。用0表示灯不亮。 图3.5：交通灯状态真值表由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为：G=Y0Y1Y2Y3Y=Y0Y1Y2Y3R=Y0Y1Y2Y3+Y0Y1Y2Y3g=Y0Y1Y2Y3y=Y0Y1Y2Y3r=Y0Y1Y2Y3+Y0Y1Y2Y3 根据上述逻辑函数表达式经化简根后可画出交通灯信号控制图，如下图3.6所示：图3.6：交通控制电路图其中最左端四个非门输入由上而下分别为

9、Y0、Y1、Y2、Y3。而Y0Y1Y2Y3又是译码器74138的四个输出，所以受状态控制电路的控制。由于译码器输出是低有效，所以都接了非门使其变成高电平。这样就可以很好的控制交通灯的显示。3.3、交通灯定时电路及总电路图根据设计要求交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器，以完成A干道20秒，5秒，25秒，B干道25秒，20秒，5秒的定时任务。该定时器由4片74192构成的二位十进制可预置数减法计数器完成；时间状态由带译码器的led数码管对减法计数器进行译码显示；预置到减法计数器的时间常数，通过状态控制电路的译码器74138的输出端Y0、Y1、Y2、Y3经过与非门、非门等组合逻辑来

10、完成的。当状态控制器74160的输出QAQB=00时经过译码器74138后此时的输出为Y0Y1Y2Y3=0111，经过非门以后变成Y0Y1Y2Y3=1000此时只有Y0对置数有效，同理，状态控制器状态变化时，置数也跟着变化，而状态控制器的脉冲恰好来自减法计数器的借位端，这样就形成了置数的循环控制。实现了交通的定时循环系统。其实交通的定时系统分为4部，A干道为20秒、5秒、25秒、0秒，对应B干道为25秒、0秒、20秒、5秒。正好用译码器的四个输出端Y0Y1Y2Y3来控制，因为Y0Y1Y2Y3为低有效所以经过非门后只有其中一个端口有效置数，真值表可以简单的画成下表3.7的模式： 交通灯定时显示真

11、值表74138状态输出74192输入端口DCBADCBADCBADCBAY0=10011000100110110Y1=10000010100000000Y2=10001100000010011Y3=10000000000000101表3.7：交通灯定时显示真值表根据真值表可以直接确定Y0Y1Y2Y3的接法，从而得到以下交通灯的显示定时电路图3.8，以及交通灯总电路图3.9。图3.8：交通灯的显示定时电路图图3.9：交通灯总电路图3.4、电路仿真如下图3.10所示：A干道绿灯亮20秒，B干道红灯亮。图3.10：A绿灯亮，B红灯亮 如下图3.11所示：A干道黄灯亮5秒，B干道红灯亮。图3.11：A

12、黄灯亮，B红灯亮。如下图3.12所示：A干道红灯亮，B干道绿灯亮20秒。图3.12：A红灯亮，B绿灯亮 如下图3.13所示：A干道红灯亮，B干道黄灯亮5秒。图3.13：A红灯亮，B黄灯亮4、实验器件清单同步十进制加减法计数器74190（4个） 与门7408J（8个）与非门7402N（2个）或非门（3个） 非门（2个）或门7432N（2个） 555定时器（1个）指示灯（6个） 电容0.1uF（1个） 电容10uF（1个）电阻200欧（2个） 导线若干5、心得体会通过此次课程设计，让我初步掌握了一些visio的使用功能和技巧，并且可以使用protel设计排布电路图，实现仿真。由于第一次接触这样大的课程设计，很多方面都不了解，不会做，所以开始几天都在网上寻找资料，了解设计技巧，并且又重新翻看了数字电子技术基础这把专业基础课本。等开始用protel设计电路的时候，又遇到很多的问题，诸如不会找单片机，不会连接、排布等等。所以又上网稍微看了一下protel的基础教程，又找学霸询问一些设计难点和不会的点，到最后总算是搞定了。回首设计之路，真是步履维艰，走走停停，看看问问。现在才了解到，做一个电路图实现仿真是一件多么不容易的事儿。此次课程设计，我最大的