交通灯控控制器2

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课程设计说明书

课程设计名称：数字电路课程设计

课程设计题目：交通灯控制器

学院名称：信息工程学院

专业：通信工程班级：090421

学号：22姓名：万刘蝉

评分：教师：徐新河

2011年9月25日

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数字电路课程设计任务书

2011－2012学年第1学期第2周－3周

题目交通灯控制器内容及要求1.采用时基电路、主控电路、译码电路组成的交通灯控制器2.增加自动夜间开关功能，黄灯亮(使用光敏三极管)3.增加手动功能，便利盲人通过进度安排1.布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：3天；2.领元器件、焊接、制作：3天3．调试：2天4.验收：0.5天5.提交报告：本学期3～7周学生姓名：万刘蝉指导时间:第1～2周任务下达考核方式指导教师

2011年09月10日任务完成指导地点：E楼601室2023年09月17日1.评阅□√2.辩论□√3.实际操作□√4.其它□√徐新河系（部）主任付崇芳

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摘要

交通信号灯常用于交织路口，用来控制车辆的流量，提高交织路口车辆的通行能力，减少交通事故。本交通灯设计主要由定时器、控制器、译码显示电路组成。定时器由74LS160实现，控制器由74LS153和74LS74组成，译码电路采用74LS48和七段数码管来显示。控制器通过信号对定时器进行控制，从而显示红黄绿灯的转换。

关键字：交通灯定时器译码器控制器

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目录

前言…………………5第一章设计内容及要求…………6其次章系统设计方案选择..…………………...…6

2.1方案一……………………72.2方案二……………………8第三章系统组成及工作原理……………….…..9

3.1系统组成………………...93.2工作原理………………...9第四章单元电路设计…11

4.1脉冲产生电路………114.2控制电路……………124.3时间设置电路…..……………………...134.4计数电路……………154.5显示输出电路……………………154.6红黄绿灯控制电路……………………..17第五章试验、调试及测试结果分析……19结论………………..23

第一章设计内容及要求

〖基本要求〗

1)用数字电路实现下面功能

图1.1交通灯控制器控制流程图南北向红灯亮，东西向绿灯亮6S南北向黄灯亮，东西向红灯亮6S南北向绿灯亮，东西向红灯亮30S南北向红灯亮，东西向绿灯亮30S

2)增加自动夜间开关功能，黄灯亮(使用光敏三极管)3)增加手动功能，便利盲人通过〖提高要求〗1)要求显示剩余时间2)增加拐弯时序

〖主要参考元器件〗：74LS74，74LS00，74LS168，74LS248，74LS164，74LS08

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其次章系统设计方案选择

2.1方案一

此方案规律明了，通过计数器和组合规律电路来控制主次红黄绿灯的亮与灭，在交通灯亮灭的同时，再通过组合电路来控制主次道的计数，譬如计数器通过组合规律电路使红灯亮，同时通过组合电路使主道开始计数。

此电路的缺点：由于主次道红黄绿灯的时序要求不同，通过计数器和组合规律电路来控制主次道红绿灯的亮灭会是组合规律电路变得很繁杂，主次道实现定时倒计数比较困难，而且为接近实际状况应当设置置数控制来对等亮灭的时间进行调整等，对图1的原理框图来说，每一次调整都需要重新改编组合规律电路，这个过程相当繁杂。

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2.2方案二

该方案思路明了明白，本方案中秒脉冲信号同时接入计数电路可以保证倒计时电路时序的同时性。通过开关控制控制电路的初始状态，控制电路通过不同的状态来控制倒计数电路的置数，然后倒计数电路反馈信号改变控制电路的状态，进而改变倒计数电路的置数，如此循环。预置电路可以随时更改红黄绿的亮灭的时间，也可以控制灯红黄绿灯哪个先亮，实现了电路的可控制性，更接近实际状况。

相对来讲，其次个放案原理更明了，可操作性更强，也更符合实际状况，应选择其次个方案。

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倒计时电路显示电路控制电路预置电路秒脉冲发生器开关控制倒计时电路显示电路控制电路预置电路

第三章系统的组成及工作原理

3.1系统的组成

本次系统主要由：控制电路，预置电路，倒计时及显示电路，秒脉冲发生器开关控制电路。

1.脉冲产生电路。

设置好参数R1,R2和C就可以产生交通灯控制器所需要的1秒的脉冲。2.预置电路。

因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间分别为30,6,36秒，所以南北方向通过4片74ls153芯片分别在X0,X1,X2接上00110000,00000100,00110100即可，东西方向通过4片74ls153芯片分别在X0,X1,X2接上00110100,00110000,00000100即可，从而实现南北向依次绿、黄、红灯所亮时间分别为30,6,36秒，东西向依次红、绿、黄灯灯所亮时间分别为36,6,30秒。

3.系统控制电路。

选用74LS112JK触发器组成00-01-10-00循环状态控制交通灯的亮灭和数码管的显示。4.倒计时及显示部分电路。

倒计时及显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作，每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0〞而中止。译码显示用74LS248BCD码七段译码器。显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS192。

5.开关控制电路。

通过手动拨动开关定向控制各个方向上的红绿灯从而实现盲人模式。

3.2工作原理

它主要由控制器、定时器、预置数器、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的标准时钟信号源，同时也是黄灯闪烁的标准时钟信号源，预置数器控制定时器的时间周期，译码器接收定时器的信号后经译码直接驱动数码管工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器，预置数器的工作。

控制器部分它南北，东西方向分别由两个JK触发器组成，可用74ls112，通过组合连接使这两个JK触发器的输出Q1,Q2分别为00-01-10-00的循环状态，然后把这三种状态依次输入到74ls153组成的预置数器中，从而使预置数器输出预置的数经定时器，从而定时器按预置的数进行倒计时后经译码输出十字路口南北、东西两个方向的数值显示。另一方面控制器直接控制南北，东西方向的红，绿，黄灯的亮灭，其中

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黄灯信号必需满足闪烁，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿、红灯灭。

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第四章单元电路设计参数计算器件选择

4.1脉冲产生电路：用555，电阻，电容产生

图4-1脉冲产生电路及仿真图

使用555定时器构成多谐振荡器，使得f=1HZ。先将555定时器接成施密特触发器的结

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构，即将2，6端并联，再与RC构成的充放电电路的串联点连接，将7端接到放电点。

，要使得f=1HZ12，所以可令C=10uF,R1=15KΩ,R2=68KΩ,将数据代入到公式可得f约等于1HZ。

f

4.2控制电路

0?1.43?1Hz(R1?2*R2)C

由于有显示灯红黄绿三种，故控制电路设计为00-01-10-00三种状态循环变化

Q1nQ0nQ1n+1Q0n+1000101101000

___________Q

n?10?Qn?Qn01nn?Q?Q01_____Qn?11

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图4-2控制电路及仿真

用两个JK触发器来实现计数器反馈信号

状态由00-01-10-00循环变化时，南北显示灯绿黄红依次循环，东西红绿黄灯依次循环。如上图为Q0,Q1为0,0时的仿真图，Q0,Q1的电平为0,0，与理论相符。

4.3时间设置电路

分别采用4片双4选一数据选择器74153芯片

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图4-3时间设置电路及仿真

从左至右四片74ls153芯片的输出1Y2Y1Y2Y1Y2Y1Y2Y分别接至高低位计数器的输入端DCBADCBA

74253的输入AB分别接控制电路的QOQ1

从左至右四片74253芯片的输入八个C0为绿灯时间设置，八个C1为黄灯时间设置，八个C2为红灯的时间设置。

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如东西道路八个C0依次设置为00110000，八个C1依次设置为00000110，八个C2设置为00110110，即在电路工作时，显示电路会从360630倒计时。

如上东西道路仿真图，QOQ1为01时，从左至右四片74ls153芯片的输出1Y2Y1Y2Y1Y2Y1Y2Y的电平分别为00000011，经译码后为06，与理论相符。

4.4计数电路

图4-4计数电路

计数电路左边192为高位片，右边192为低位片，低位片DOWN输入秒脉冲信号，高低位片的DCBA输入分别为时间设置电路的从左至右的八个Y输出端。

高低位片的输出QAQBQCQD全部相或，作为高低片的置数信号控制电路的时钟信号。当计数器倒计时为00000001时，当下一个低位片的脉冲上升沿来临时，输出信号变为00000000时，反馈置数信号（八个输出相或）变为0，产生一个下降沿脉冲，使控制器状态发生改变，这是置数信号依旧为0实现置数。当置数完成后置数信号才变为1，然后开始正常倒计数。

4.5显示输出电路

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图4-5显示输出电路及仿真

显示电路各用两片74ls248芯片和2片BCD七段译码器

两片74ls248的输入DCBA分别连接74192芯片的输出QDQCQBQA，由计数器74ls192计数输出的信号通过74ls248译码器译码，译码后通过输出端直接驱动数码管显示。

如上图仿真示波器从左向右管脚D,C,B,A依次接74ls248的D,C,B,A,从左右示波器可

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知D,C,B,A的电平分别为为00010110，经过74ls248译码后分别为16，数码管的显示也为16，与理论相符。

4.6红黄绿灯控制电路

图4-6红黄绿灯控制电路

由于控制器的状态为00-01-10-00循环，所以对于主道路来说当为状态为00时计数器倒计时36秒红灯亮，状态为01时计数器倒计时6秒黄灯亮，状态为10时计数器倒计时30秒绿亮。用三个与门即可实现，Q0’Q1’,Q0Q1’,QO’Q1,

控制红黄绿三个指示灯。当计数器计数到00000000时产生控制电路的下降时钟脉冲信号，继而使控制器的状态发生改变，即在00-01-10-00这三种状态之间循环，利用这三种状态的循环来设计红黄绿灯的控制电路。为了加强电路的扩展功能，可以在计数器的置数信号和控制开关相与来控制两个触发器的时钟脉冲信号，因此当将主道的开关A掷0，开启秒脉

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冲发生器。然后将开关掷1即可开始计数，若需要控制从那种颜色的灯先开始计时，先将开关置1然后置0，即可产生一个下降沿脉冲，同时也是一个置数信号。可以置数为控制控制的下一状态。

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第五章试验调试及测试结果与分析

5.1时间显示的调试

在调试之初，高低位片的借位信号作为计数器的置数控制信号

图5-1-1时间显示电路

由于跟据74ls192的计数功能及特征发现，74ls192的进位端和借位端在当计数为0时，进位和借位端并不会马上变为0状态，而是先高电平，后低电平，高低电平的时间与脉冲发生器产生的脉冲一样。

应此在调试过程中存在00这种输出状态，这样就会导致红黄绿灯亮的时间分别为00-36-35-00，00-06-05-00,00-30-29-00。这样不仅给人每种灯亮的时间就会增加一秒成

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为37秒，7秒，31秒的感觉。但其实并没有增加，而是状态00-36-35经过的时间为1S,00-36的时间为脉冲发生器高电平日间，36-35脉冲发生器低电平日间，这就当显示走到以上脉冲时速度明显加快，这在现实中显能不行，也不符合题目要求的时序。所以需要想方法消除这种状态。后来想到00000000这种状态来作为计数器的置数信号，同时这样就会要求除00000000这种状态，其他状态时计数器都能正常倒计数。所以考虑到将计数器的八个输出端相或作为置数信号。这个时候也恰好产生一个下降沿来使控制电路输出状态转化，进而使预置数电路的输出变化，然后输入到计数器，这样刚刚好能达到效果。

虽然用到了7个二输入或门，但是能有效地消除00这种状态，使得时序满足设计要求，另外计数过程也更符合实际状况。

图5-1-2时间显示电路

5.2时间预置的调试

在设计之初，考虑到用完量少的芯片作为时间的预置数电路，或者是直接用控制器的不同状态在计数器上实现预置数，但是这样需要用到比较多的规律门电路，是电路变得繁杂，而且每次调整时间都的重新设计组合规律电路，比较繁琐。

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由于控制电路的输出又00-01-10-00循环，所以考虑到用二输入的四选一选择器来进行置数，这样思路更明了，操作起来比较便利，所以最终选择用双四选一的74ls253数据选择器来进行时间预置。

图5-2时间预置电路

虽然使得时间预置数的芯片由四片变为了最终的八片，但这样更直观，所需要预置的数直接译为二进制码，然后分别在各74ls153芯片的C0,C1,C2端输入即可。譬如要把时间设置为36,6,30。只需将八个C0端设为01100110，八个C1端设置为00000110，八个C2端设为00110000。

5.3扩展功能的调试

在设计的电路能完成任务要求后，我考虑通过对电路的局部修改来实现扩展功能。为了加强电路的扩展功能，可以在红绿灯的位置适当的加一些开关和门电路来实现设计的盲人模式和夜间模式，如下图的SW3,SW7，SW4开关实现盲人模式，当需要盲人模式时关闭SW2,这时红绿灯全灭黄灯闪烁且不受控制器的控制置，在拨动SW3向左时，南北绿灯亮，东西红灯亮，同时亮黄灯，此时盲人便可以安全通过，当拨动SW3向右时，南北红灯亮，东西绿灯亮，同时亮黄灯，此时盲人便可以安全通过，当在夜间时，光敏电阻阻值下降，使得东西和南北方向的红绿的全灭，黄灯闪烁，从而实现夜间模式。

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图5-3红黄绿灯控制电路

5.4电路的整体调试

开启秒脉冲发生器。，接入到控制器和计数器即可，该电路测试过程过:

道路绿、黄、红灯亮的时间可以预置；