数电交通灯设计

《电子技术》课程设计报告

指导教师（签字）

前S

在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的平安问题

也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通

信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交

通事故。有了交通灯人们的平安出行有了很大的保障。

自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改良，设计方法也

开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来，

随着电子与计算机技术的飞速开展，电子电路分析和设计方法有了很大的改良，电

子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控

制电路的设计提供了一定的技术根底。

本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用

数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法，指挥各种车

辆和行人平安通行，实现十字路口交通管理的自动化。因此，在本次课程设计里，

将以传统的设计方法为根底来实现设计交通控制信号灯。本实验设计目的是培养数

字电路的能力，掌握交通信号灯控制电路的设计方法八黄、绿发光二极管表示信

号灯；4.设计计时显示电路。

本设计由王为达，魏伟龙，赵立三位同学完成.................

由于所学知识有限，设计中难免出现错误，请老师批评指正。

目录

第一章系统概述......................................................3

1.1系统概述.......................................................3

1.2交通灯逻辑分析.................................................3

..............................................................................................................3

第二章单元电路设计与分析...........................................6

秒脉冲信号发生器的设计.......................................6

2.2定时器的设计.................................................7

2.3控制器的设计.................................................8

2.4显示电路的设计..............................................11

第三章结束语......................................................14

3.1系统综述：....................................................14

3.2总结及心得体会................................................14

3.3芯片介绍.............................................................153.4总体

电路图见附图...........................................17

3.5元器件明细表..................................................18

鸣谢................................................................19

参考文献............................................................19

评语................................................................20

摘要：交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能

力，减少交通事故。交通灯控制器主要由控制器、秒脉冲发生器、定时器、译码显

示电路及信弓灯组成。控制器由74LS153与74LS74来实现，脉冲发生器用晶体震

海器产生，计数涔采用两个74161来实现，显示电路经过74LS192的倒计数、七

段显示译码器7447及七段数码显示器连接起来实现。控制器通过RT对定时器进

行控制，从而实现数字的显示及绿、黄、红灯的转换。

关键字：交通灯、控制器、秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路、状态、转换、

主支干道。

设计要求：1.定周控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；

2.每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；

、黄、绿发光二极管表示信号灯；

4.设计计时显示电路。

第一章系统概述

系统概述:

系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大

局部组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成局部提供脉冲信号，通过定时器

向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管发光。译码显示器在控制器的控

制下，改变交通灯信号，分别产生三种倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，

进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。

交通灯逻辑分析：

图1表示位于主干道和支干道的十字路口交通灯系统，每条道路设一组信号灯，

每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许车辆通行，红灯表示禁止通行，

黄灯为过渡灯，表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆禁止

通行。

1.3总体设计方案：

图1为交通灯的一个整体设计框图。系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、

控制器、译码器、信号灯显示器组成。其中控制器是核心局部，由它控制定时器和

管码器的工作，秒脓冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号，译码

器输出两路信号灯的控制信号。

图中TL、TS、TY为定时器的输出信号，ST为控制器的输出信号。MG、MY、

MR分别表示主干道绿、黄、红三色灯，NG、NY、NR分别表示支干道绿、黄、红

够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。

S2状态：主干道红灯亮，支干道绿灯亮。此时主干道禁止车辆通行，支干道允

许车辆通行，当支干道绿灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入

下一个状态。

S3状态：支干道红灯亮，支干道黄灯亮。此时主干道禁止车辆通行，支干道允

许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁止通行。当支干道红灯亮够规

定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态——So状态。

So、Si、S2、S3状态分别分配状态编码为00、01、11、10,由此得到控制器的

状态，如表1,表2所示。

状态主干道支干道时间（s）

So绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行45

S.黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行5

红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行

S225

红灯亮，禁止通行黄灯亮,，停车5

S3

图2画出了控制器的状态转换图，其中TL、Ts、TY为控制器的输入信号，ST

为控制器的输出信号。

图2控制器的状态转换图

第二章单元电路设计与分析

2.1.秒脉冲信号发生器的设计：

方案一：

本实验采用555定时潜组成秒脉冲信号发生器。因为该电路的输出脉冲的周

期TN).7(RI+2R2)C假设T=ls,令C=10Rf,Ri=39KQ,那么R2=51KQ。取一固定电

阻47KQ与一个5KQ的电位器想串联代替电阻Rz

o在调试电路时，调节电位器RP

方案二:

用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生潜，如图3.2。

先用石英晶体振荡器和假设干电阻电容组成频率为32768Hz的信号发生器,

再用十四位二进制计数器CD406014进行14分频使其成为2Hz的信号，最后用D

触发器进行2分频，使其成为频率为1Hz的秒脉冲信号。

.

I

X-Q

7

-----K

22PF32758

II

间

图3秒脉冲信号发生器

方案选择,图32石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器

本设计中由于用秒脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度会影响计数器的精

度，进而影响控制系统的精度，因此要求秒脉冲信号具有比拟高的精度，为提高精

度可先做个频率比拟高的矩形波振荡器，然后将其输出信号分频，就可以得到频

率较低而精度比拟高的脉冲信号发生器。用石英晶体构成秒脉冲信号发生器不需要

外加输入信号，而且其脉冲频率很稳定，起振快、时基精度高，它的工作频率仅决

定于石英晶体的振荡频率，而与电路中的R、C的数值无关。

综上考虑，在实际应用中秒脉冲信号发生器的设计选用石英晶体振荡器和分频

器构成秒脉冲信号发生器。但由于本次设计是基于multisimlO.l软件的，而

muItisimlO.l上不支持石英晶体振荡器，所以在仿真过程中可以使用555定时器构成

的秒脉冲触发器代替。在仿真精度不高的前提下，也可以使用RC多谐振荡器构成

的电路来提供秒脉冲。

2.2、定时器的设计：

方案一：

用74LS193直接构成减计数器，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号ST的作

用下，计数器以减计数向控制器提供M5、M25、M45的信号，即TY、TS>TL的时

间信号。

方案二：

定时器由与系统秒脉冲同步的计数器74161构成，时钟脉冲上升沿到来时，在

控制信号ST作用下，计数器从零开始计数，并向控制器提供M5、M25、M45信号，

即TY、TS、TL的时间信号。

方案选择：

74LS193是双时钟同步二进制可逆计数器，用它进行减计数与数字显示倒计时

相符合。然而必须在输入端输入数字，因此向控制器提供M5、M25、M45的信号

需要5片74LS193。而用74161可以级联，只需要2片即可向控制器提供M5、M25、

M45的信号，倒计数可在数字显示电路中实现。用74161节省材料，节约本钱，而

且由于经常应用，因而使用起来较方便。因而选择方案（II）。

当系统处于So状态为满足支干道绿灯亮够45秒，要将M45的输出端反应到

便能端EP、ET,使它记到44时停止计数，然后转换到Si状态。而且要求计数器

在状态转换信号ST的作用下，首先清零，然后开始计数，电路如图4所示。

LD

45秒定时

A

QA

BC《Q

LB

C9

LQc

DS

-Q

ID

EX

p氏

EO

T

C

RCAP

图4定膘蟠图

2.3.控制器的设计：

列出状态转换表，如下图。选用两个触发器作为时序存放器产生四种状态，控

制器的转换条件为TL、TY及TS,当控制器处于QEQon=00状态时，如果TL=O,

那么控制器保持在00状态；如果TL=1,那么控制器转换到QE+lQon+1=oi状态。

这两种情况与条件TY和Ts无关，所以无关项用“X”表示。其余情况依次类推，

同时列出状态转换信号STO

表2逻辑赋值后的状态表

n41

QJQJTLTsTYQ产Q2说明

00XXX00

维持So,

000XX00

001XX01由So一

01XX001维持&

01XX110由Si—

10X0X10维持s2

10X1X11由s2—AS3

11XX011维持s3

11XX100由s3—>so

表2控制器的状态转换表

输入输出

现态状态转换条件次态状态转换

信号

QinQonTLTYTSQ]H+1Qon+1ST

000XX000

001XX011

01X0X010

01X1X111

11XX0110

11XX1101

10X0X100

10X1X001

根据表2,写出状态方程和状态转换信号方程为:

,,+1nnnnn

Qi=Q?Q.TY+QiQo+Q!Qof；

n+,nnnn

Qo=QJQo'F+QiQo+QiQ(>Ts

nnnn

ST=EQO"TL+Q?QoTY+QiQ?TY+QiQoTs

用四选一数据选择器和D触发器实现，设AiAo二Q】nQ°n,其他变量通过数

据输入端输入。

数据选择器用74LS153,触发器用74LS74o设计中将触发器的输出看作逻辑

变量，将TL、TS、TY看作输入信号，按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现

以上三个逻辑函数，并将触发器的现态值加到数据选择器的选择变量端，数据选择

器的输入端信号可以根据状态方程和转换信号方程得出。就可得到控制器的原理

图，触发器的时钟输入端输入秒脉冲。

系统的输出是在QiQo驱动下的六个发光二极管，各状态与信号灯的关系由

表2给出，因此，得到二极管信号与控制器状态变量的关系为:

主干道：MG=QIQOMY=QIQO

MR=QI

NR=QI

N=QIQO

支干道：NG=Q<QOY

电路如图5所示。

R=200Q

TL

TY

TS

1

图5控制器电路图

表3信号灯与控制器状态编码表

状态MGMYMRNGNYNR

2.4、显

So100001

示电路

Si010001

的设

S2001100

计：

S3001010

交

通灯的数字显示采用倒计时，因而应采用减计数器。

方案（I）：采用74LS193进行减计数，然后将输出接到七段显示译码器上。

方案（II）：采用74LS192进行减计数，然后将输出接到七段显示译码器上。

74LS193是二进制计数器，而74LS192是十进制计数器。由于显示的是由个、

十位构成的数，因而用十进制计数器较好，选择方案UIJo

每个干道需要两位数字显示，由于用减计数器，因而每个干道需要5片74LS

192,由表3可看出主干道74LS192应该向七段显示译码器提供

M45（So状态）、M5（Si状态）、M30（S?、S3状态）的倒计数，而支干道74LS192

应该向七段显示译码器提供M50（So.Si状态）、M25（S2状态）、M5（S3状态）的

倒计数。74LS192的RD、LD端由Qi、Qo来控制，根据So-----S3状态改变Qi、

Qo从而控制RD、LD端，使它们进行减计数和清零。CPD端输入秒脉冲信号，而

CPu端输入高电平。电路如图6、7所示。

96主干道显示搬

4

1、74LS192芯片。74LS192为加减可逆十进制计数器,CPu端是加计数器时钟信号,CPD

是减计数时钟信号RD=1时无论时钟脉冲状态如何，直接完成清零功能。RD=(),LD=()时，

无论时钟脉冲状态如何，输入信号将立即被送入计数器的输出端，完成预置数功能。

其功能表如下表所示：

表574LS192功能表

CPUCPDRDLD工作状态

XX00置数

t101加计数

1t01减计数

XX1小清零

第三章结束语

3.1系统综述：

通过分析交通灯控制系统的要求可知，整个系统主要由秒脉冲信号发生器、定

时器、控制器、译码显示器构成。其中，秒脉冲信号发生器由石英晶体振荡器及由

14分频器CD4060芯片和一个D触发器共同构成的分频电路组成；定时器由两片

异步四位二进制计数器74LS161芯片、三片D触发器及假设干与非门、非门、与

门共同组成；控制器由三片数据选择器74LS153及两片D触发器芯片构成；译码

显示器由十片74LS192.四片译码管驱动芯片7447和四个七段数码管构成。驱动

电路的工作。主控制器和定时计数器必须使用同一脉冲信号，译码电路输出两组信

号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作。控制电路是系统的主要局部，由

它控制定时计数电路和译码驱动电路的工作能够实现交通灯四种状态的自动转换。

3.2总结及心得体会：

这次课程设计历时整整一个星期。通过这一个星期的课程设计，我发现了自

己的很多缺乏，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比拟缺乏，理论

联系实际的能力还急需提高。在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须

懂一些实践中的知识。这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工

作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精

神。刚开始的时候，我们就分配好了各自的任务，我主要负责定时器及数字显示器

的设计，李世彦同学主要负责秒脉冲信号发生器及控制器的设计。然后我们积极查

询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人

知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否那么一个人的错误，就有可能导

致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好

锻炼我们这一点，这也是非常珍贵的。本次课程设计也稳固和加深了我对电子线路

根本知识和理解，提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要选学参考

资料，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。然后深入研究，提出方案，比照后

得出最终的可行方案。同时我也初步学习到了关于课程设计的根本方法、步骤和撰

写设计论文的格式。

通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍

有乐。和团队人员这七天的一起工作的日子，我们相互帮助、默契配合。对我而言，

知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每

一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的

山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生

旅途上一个非常美好的回忆！

3.3芯片介绍：

1、74LS192芯片。74LS192为加减可逆十进制计数器，CPu端是加计数器时钟信号，CPD

是减计数时钟信号RD=1时无论时钟脉冲状态如何，直接完成清零功能。RD=O,LD=O时，

无论时钟脉冲状态如何，输入信号将立即被送入计数器的输出端，完成预置数功能。

其功能表如下表所示:

表574LS192功能表

CPUCPDRDLD工作状态

XX00置数

t110加计数

1t00减计数

XXX1清零

2CD4060芯片。CD4060芯片为十四位二进制串行计数器（分频器），可以用晶体振荡

器与该芯片直接相接，再加上电阻和电容，就可得到稳定的频率。其管脚图如下列

图所示：

VccQ10QsQ9CRCP1CPQCPQ

CD4060

Q12Q13Q14Q5Q7Q4GND

3.74LS153是

四选一数据选择器，其管脚及功能表如下:

图874LS153的电路图

A1

A074LS153

DOD1D2D3

E

表674LS153功能表:

AiAoY

OODo

O1d

1OD2

11

D3

4.