上海大学数字电子技术课程设计——交通灯

1、电子技术课程设计报告交通灯控制电路魔都大学机自学院自动化系自动化 专业姓名:学号:指导老师: 2018年6月29日1、 主要用途：交通信号灯使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。在十字交叉路口，为保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。2、 设计任务及要求：设计一个主干道和

2、支干道十字路口的交通灯控制电路，其要求如下： 1.一般情况下，保持主干道畅通，主干道路灯亮、支干道红灯亮，并且主干灯亮的时间不少于60 S； 2.当主干道绿灯亮超过60 S，且支干道有车时，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，但支干道绿灯亮的时间不得超过30S； 3.每次主干道或支干道绿灯亮变红灯时，黄灯先亮5S。三、设计思路步骤及仿真调试设计分析分析可知，所需的交通灯有以下四个状态：a.主干道绿灯亮，支干道红灯亮，此时主干道允许车辆通行，支干道禁止车辆通行。当主干道绿灯亮够60秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。b.主干道黄灯亮，支干道红灯亮，此时主干道允许超过停车线的车辆继续通行，而

3、未超过停车线的车辆禁止通行，支干道禁止车辆通行。当主干道黄灯亮够5秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。c.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30秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。d.主干道红灯亮，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5秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。以上a,b,c,d四种状态依次交替循环，达到指挥交通的功能。分析得出，交通灯系统共由脉冲信号模块，交通灯模块，控制模块，倒计时模块四部分组成，如下图1所

4、示。 主干道 A1 A2 A3 控制模块 倒计时 模块 脉冲信号模块 发生器T0支干道 B1 B2 B3 图1 交通灯控制系统原理框图整个系统的核心是利用能够进行60进制、30进制以及5进制并切换的减法计数器，在译码器及与非门的配合下实现交通灯信号灯的切换。1.脉冲信号模块信号的产生采用555定时器构成的多谐振荡器。取R1=10k，C2=10uF，通过 f=1tpL+tph1.43R1+2R2C2=1设计计算得R266k，此处采用100k滑动变阻器。设计如下图2所示的多谐振荡器，产生1Hz的方波周期信号。图2 多谐振荡器2.交通灯模块设主干道红灯、黄灯、绿灯分别为A1、A2、A3；支干道红灯，

5、黄灯、绿灯分别为B1、B2、B3，如下图3所示。图3 交通灯模块3.控制模块使用74LS163N十进制计数器构成三进制的加法计数器，同时用与非门控制三个颜色交通灯的亮与灭。74LS163N的CP信号由倒计时模块高位74LS192N的BO控制。即每当倒计时的高位产生借位信号时通过BO传给74LS163N一个信号使之变灯。令前述的a,b,c,d四种交通灯状态依次为00,01,10,11，以74163N的QA,QB输出。 主干道红灯、黄灯、绿灯分别为A1、A2、A3；支干道红灯，黄灯、绿灯分别为B1、B2、B3。可得真值表如下。QBQAA1A2A3B1B2B300001100010101001010

6、000111100010由真值表化简可得各信号灯的逻辑表达式：A1=QB,A2=QBQA,A3=QBQA, B1=QB,B2=QBQA,B3=QBQA故采用与非门控制连接交通灯和74LS163N如下图4：图4 74163N和与非门构成的交通灯控制模块4.倒计时模块 倒计时模块由减法计数器和7段数码管显示器组成。十字路口的交通灯要有数字显示，且是倒计时，以便人们能够更好的把握好时间。具体的工作方式为：当主干道的绿灯亮时，将显示器置为60s，然后每秒减1，计数方式工作，直至减到数为00，此时变灯并置05s，再执行每秒减1，减到00后变灯并置30s，递减。一次工作循环结束，而进入下一工作循环。倒计时

7、模块选用两片74LS192级联，通过将低位的借位端BO与高位的减数计数控制端DOWN连接，构成减法计数器。CP由多谐振荡器的输出端接到低位74LS192的减数计数控制端DOWN控制。预置端LOAD接高电平时计数，接低电平时预置数。因此，工作开始时，LOAD为0，计数器预置数，置数后，LOAD变为1，计数器开始倒计时，当倒计时减到数00时，LOAD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。这可以借助两片74190的借位端BO来实现，用或门将两个BO连起来，再接在预置数端LOAD上。当倒计时减到数00时，两个BO均产生一低电平信号，通过或门使两片74190的LOAD端置数。由于四种状态

8、的置数各不相同，设高位74LS192N的置数端依次为DH,CH,BH,AH,低位的置数端依次为DL,CL,BL,AL,由前述的真值表和8位置数端在各状态下的取值，分析可得，DH=0,CH=A3,BH=QA,AH=B3 DL=0,CL=QA,BL=0,AL=QA故可利用信号灯和74163N输出端的信号结合与非门控制置数端在不同状态下的取值。设计如下图5图5 减法计数器和7段数码管显示器构成的倒计时模块三、电路的测试与仿真状态a：符合设计要求1：一般情况下，保持主干道畅通，主干道路绿灯亮、支干道红灯亮，并且主干灯亮的时间不少于60 S；状态b：符合设计要求3：每次主干道或支干道绿灯亮变红灯时，黄灯

9、先亮5S。状态c： 符合设计要求2：当主干道绿灯亮超过60 S，且支干道有车时，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，但支干道绿灯亮的时间不得超过30S； 状态d：符合设计要求3：每次主干道或支干道绿灯亮变红灯时，黄灯先亮5S。综上所述：该交通灯符合设计要求。四、总结这次数电设计对我是一个很大的挑战。一开始时我完全没有思路，后来通过在网上查阅了一些文献，理清了设计过程，明白了无论多复杂的功能结构，都要先分析要设计哪些模块，再将各个模块分别设计，最后汇总。还有在设计时一定要了解清楚芯片各个针脚的功能，否则会遇到很多麻烦。在设计时我用到74LS192芯片，但由于网上资料不够详细，我对于BO端口的功能不是很清楚，导致起初我一直以为只要减法计数器减到0时BO就一直为低电平输出，使我无法设计置位端LOAD。后来我才了解到BO端口是在计数器为0时再减1的瞬间产生一个短暂的负向脉冲，正是利用这个原理才使我的设计得以完成。同时由于我采用的multisim14版本有些原因不明的bug，也为我的调试带来了许多问题。在我的设计图中，我在倒计数模块