交通灯控制电路设计

1、课 程 设 计 课程名称 数字电子技术课程设计 题目名称 交通灯控制电路设计 学生学院 物理与光电工程学院 专业班级 13电子科学与技术1班 学 号 3113008268 学生姓名 李玉祥 指导教师 陈元电 2014年06月 29 日1 设计题目摘要 1.1 选题B：交通灯控制电路设计 由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。1.2&#

2、160;设计任务与要求 （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，设置5s计时显示电路。 2 原理电路和程序设计 2.1 方案比较 方案一：秒脉冲发生器使用晶振产生，数码管使用共阳极7段数码管，计数器利用时序逻辑电路的设计方法设计。 方案二：秒脉

3、冲发生器使用555定时器，数码管使用共阴极7段数码管，减法计数器使用MSI的74LS190。 由于交通灯计数器不需要很精确的秒脉冲，而且555定时器如果利用进度高的小型电位器的话也可以达到很高的精度，而且不需要分频器；直接利用触发器设计计数器的话工作量大，而且电路复杂，话费多，所以使用集成芯片74LS190来作为计数器。74LS190是高电平输出，故使用共阴极的数码管。2.2 整体电路2.3 单元电路设计及工作原理分析 实现上述任务的控制器整体结构，如图所示。30S,20S,5S计时器时钟信号主 控 制 器显示译码驱动电路支干道信号灯主干道信号灯3电路设

4、计计算与分析 3.1时钟脉冲信号的产生 时钟脉冲信号由555定时器与相应大小的电阻和电容连接而成的多谐振荡器来产生。由于电路中需要的脉冲信号周期为1S，如果选用的电容分别是10UF和0.01UF，则根据周期计算公式T=(R1+2R2)CLN2，可得到R1+2R2的阻值为151K欧，因此我们令R1等于39K欧，R2等于51K欧，则连接而成的由555定时器构成的多谐振荡器如下图所示。3.2主控制器主控电路是本课题的核心，主要控制30s、20s、5s三个定时器，它的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路启动。主控电路属于时序逻辑电路，可采用状态

5、机的方法进行设计。主干道和支干道各自的三种灯（红、黄、绿），正常工作时，只有4种可能，即4种状态：主绿灯和支红等亮，主干道通行，启动30s定时器，状态为S0；主黄灯和支红灯亮，主干道停车，启动5s定时器， 状态为S1；主红灯和支绿灯亮，支干道通行，启动20s定时器，状态为S2；主红灯和支黄灯亮，支干道停车，启动5s定时器，状态为S3。四种状态的转换关系如图5： 主绿灯支红灯亮主黄灯支红灯亮主红灯支绿灯亮主红灯支黄灯亮已过5sS0S1S2S3未过30s已过30s已过20s未过20ss未过5s未过5s已过5s图5交通灯控制状态转换图可用2个JK触发器表达上述四种状态的分配和转换。 3.3

6、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。 （1）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3-4所示。&#

7、160;      （2）置数端开关信号与主控器脉冲信号输出电路 当计数器每完成一个状态的计数后，需要打开自己的置数端接受主控器下一个状态的置数，同时输出脉冲送往主控器使其产生新的状态。由于每完成一个计数状态，计时器都会有一个低电平进位输出，我们可以将这个低电平送往置数端开关端口打开置数端，同时反向后送往主控器切换状态。但由于进位输出信号过于短暂，可能使主控器电路来不及反应就消失，造成电路不稳定。为了解决这一个问题，使进位输出信号有足够的宽度，我们想到用基本RS触发器组成反馈置数电路，由于进位输出信号是低电平，所以反馈电路可

8、设计如图3-5所示。         图3-5  基本RS触发器组成的进位输出电路3.4计时器显示电路 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3-9所示。3.5元件选择序号名称型号参数数量备注1加/减法计数器74LS190D22七段数码管DCD-HEX434位二进制计数器74LS163D143线8线译码器74LS138D15反相器74LS04D46或门74LS32D37与门74LS08D28或非

9、门74LS08D29电阻150K210电阻51K111电阻39K112电容1uF213电容10uF114电容10nF115555计时器LM555CM116发光二极管大2红色17发光二极管大2黄色17发光二极管大2绿色4电路和程序调试过程与结果4.1主红灯和支绿灯亮，支干道通行，启动20s定时器4.2主红灯和支黄灯亮，支干道停车，启动5s定时器4.3主绿灯和支红等亮，主干道通行，启动30s定时器4.4主黄灯和支红灯亮，主干道停车，启动5s定时器5总结5.1作品的优点1）实验仿真作品基本符合本课程设计任务和要求2）实验所用元器件不多，连线较简单5.2作品的缺点 1）实验亮灯顺序是:主红灯和支绿灯亮

10、，支干道通行，启动20s定时器 主红灯和支黄灯亮，支干道停车，启动5s定时器 主绿灯和支红等亮，主干道通行，启动30s定时器 主黄灯和支红灯亮，主干道停车，启动5s定时器与实验要求有些差异。 2）实验数码管控制电路只在主干道有，支干道的数码显示还是由主干道的数码控制电路。一旦主干道的数码管控制电路损坏，主支干路的数码管都不能显示，给交通带来极大不便。 5.3实验心得通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。同时这次电路设计实习，使得我对数字电路更感兴趣，并且，在设计的过程中，积极去查阅资料，不仅学会了 独立思考，而且学会了在遇到困难的时候不慌忙，不乱阵脚，仔细查找问题。更好的提高了自己的动手能力，还主动帮助同学查找问题。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。