交通指示灯数电课程设计报告.docx

1、交通指示灯数电课程设计报告电子设计报告设计作品：交通指示灯 1 概述 .3 1.1 前言 . 3 1.2 设计要求 . 32 方案的选择 .43 单元电路的设计和元器件的选择 . 5 3.1 秒脉冲信号发生器电路的设计 .5 3.2倒计时器的设计 . 6 3.3 控制器的设计 .8 3.4 译码与显示电路的设计 . 94 系统电路总图及原理 . .105 经验体会 . 11 5.1 设计过程中遇到的问题及解决方案 . 11 5.2 设计体会 . 11 5.3 对该设计的建议 . 12参考文献 . 12附录A 系统电路原理图 .13附录B 元器件清单 . 14附录C 系统电路实物图 .151 概

2、述 交通指示灯系统由秒脉冲发生器、倒计时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。其中秒脉冲发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过倒计时装置向控制器发出信号，使相应得发光二极管发光。译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，产生倒计时时间的显示，控制器根据倒计时装置的信号，进行状态间的转换，控制十字路口两车道间的红绿灯。1.1 前言在大、中城市，十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间

3、控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。在交通灯的通行与禁止时间控制显示中，通常要么主干道、支干道两方向各50秒；要么根据交通规律，主干道方向60秒，支干道方向40秒，时间控制都是固定的。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性的、随机的，还经常受认为因素的影响。采用定时控制经常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压。其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞。这就需要一个安全、自动的系统对红、黄、绿的转化进行管理。设计出符合人们普遍要求及放心的产品具有重要的实际意义。

4、1.2 设计要求（1）设计一个十字路口的交通控制电路，有2条道路，每条道路上有红绿黄3个交通灯。每次通行时间为25秒。（2）要求黄灯先亮5秒，再变换车道。（3）时钟指示灯每秒亮一次。2 方案的选择方案一：采用数字电路技术来实现交通指示灯控制 交通指示灯系统总设计原理框图如图1所示。分为秒脉冲发生器、倒计时器、主控制电路、数码显示器、交通信号灯五部分。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器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，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。根据题目的要求，主支干道通行各为25s，黄灯亮5s，分解任务：主干道绿灯亮20s

5、后黄灯亮5s，在这25s期间支干道的红灯一直亮着，反过来当支干道绿灯亮20s黄灯亮5s，在这25s内主干道的红灯一直亮着。图1 总设计原理框图表1 交通灯控制状态 控制器状态信号灯状态车道运行状态S0主干道绿亮，支干道红亮 主干道通行，支干道禁行S1主道黄亮，支道红亮主道缓行，支道禁行S2主道红亮，支道绿亮主道禁行，支道通行S3主道红亮，支道黄亮主道禁行，支道缓行 倒计时装置使用2片十进制同步加减法计数器74LS192作为倒计时器及用一系列的逻辑门电路来控制倒计时器的置数端使其控制在25s内，将控制个位的74LS192芯片的借位端连接到控制十位的74LS192芯片的减计数端，构成25进制的倒计

6、时器。从计数器的输出端连接CD4511译码器，译码器将输出的数译码到共阴极7段数码管，显示出秒计时数字。计数器的输出数据通过连接一系列的逻辑门电路控制计数器74LS160对红黄绿灯的状态转换。从而实现对交通指示灯的控制。方案二：用单片机技术实现交通灯控制 用单片机技术来实现交通指示灯的控制是最容易实现的，而且单片机电路可靠性也很高，但根据设计要求，采用方案一。3 单元电路的设计和元器件的选择 交通信号指示灯系统主要由秒脉冲信号发生器、倒计时器、主控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。以下是对各个单元电路设计与元器件的选择。3.1秒脉冲信号发生器电路的设计 秒脉冲发生器产生整个定时系统的

7、时基脉冲，确保整个电路同步工作和实现定时控制。555定时器是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时

8、放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。555多谐振荡器的震荡周期与外接元件有关，不受电源电压影响。公式计算：T1=(R1+R2)Cln2;T2=R2Cln2;振荡周期T = T1+T2=1.43 ( R1 + 2R2) C =1 (s)若取C=10uF，结合实际选取电阻为R1=47K,R2=47K。由555多谐振荡电路构成秒脉冲发生器电路图如图2所示。3.2倒计时器的设计 倒计时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST 作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从25 开始倒

9、数计数，向控制器提供对25S 及5S 内时间段的灯控。以2 块同步十进制可逆计数器74LS192 组成计数电路，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如图3.2.1所示： 图3.1.1 秒脉冲发生器电路图 图3.2.1 74LS192的引脚图图3.2.1 引出管脚符号： CO/BO进位输出/借位输出端;CLK 时钟输入端（上升沿有效）;CTEN 计数控制端（低电平有效）; D0D3 并行数据输入端;LOAD 异步并行置入控制端（低电平有效）; Q0Q3 输出端;RC 行波时钟输出端 ; U /D 加/减计数方式控制端低电平有效 表3.2.2 74LS192功能表 十字路

10、口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们直观的把握时间。具体的工作方式为：当某方向绿灯亮时，只显示器为某值，然后每秒减1，计数方式工作，直至减到5或0时，十字路口的红绿灯变换，一次工作结束后进入下一步某方向的工作循环。在倒计时的过程中计数器还向信号灯提供模为5的定时信号T1和模为0的定时信号T2，用以控制黄灯的闪烁和黄灯向红灯变换。因为要计数的数字从25开始，所以要用两片 74LS192级联得到。级联的电路图如图所示：图3.2.2 两片74LS192的级联图3.3控制器的设计 主控制电路由计数器74LS160和一系列逻辑门电路构成。74Ls160是可预置十进计数器，由四个D 型触发器和若干个门电

11、路构成，内部有超前进位，具有计数、置数、禁止、直接（异步）清零等功能。对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。它是借助于两个计数使能输入和一个动态进位输出来实现的。两个计数使能输入（ENP 和ENT）计数时必须是高电平，且输入ENT 必须正反馈，以便使能动态进位输出。因而被使能的动态进位输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度近似等于QA 输出高电平。此高电平溢出进位脉冲可用来使能其后的各个串联级。使能ENP 和ENT 输入的跳变不受时钟输入的影响。74Ls160芯片的引脚图及功能表如下图： 图3.3.1 74Ls160的引脚图 表3.3.

12、1 74LS160功能表 为了实现主干道、支干道上红黄绿灯的状态转换，利用倒计时器的输出数对计数器74LS160提供脉冲，须由00、01、10、11这4个状态来控制红黄绿灯的熄与灭。实现数字不同时减法计数器不同的预置数，因此，我们选用计数器74Ls160来实现上述功能。电路连接如下图3.3.2所示： 图3.3.2 主控制电路图3.4译码与显示电路的设计 译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0 的4 种工作状态，翻译成主、支干道上6 个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如下表3.4.1所示。表中A、B 代表主、支干道。 表3.4.1 控制器状态编码与信号灯关系表

13、Q1 Q0AG绿灯AY黄灯AR红灯BG绿灯BY黄灯BR红灯0 01000010 10100011 00011001 1001010 数码管显示部分：此模块主要是由CD4511 译码器和共阴极七段LED 显示器组成，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段LED 显示器从25 递减到零的计数显示功能。（1）用与驱动LED 七段数码管的译码器CD4511 引脚图： 图3.5.1 CD4511的引脚图（2）共阴极七段LED 显示器是较常用的显示数码管，实验提供的皆为共阴极的数码管，故其管脚COM 端应接地。在进行仿真的时候应该在数码管各个端口上加限流电阻。 图3.5.2 共阴极7段LED数码管引脚图

14、与对应显示图译码与显示电路由2个译码器CD4511和2个共阴极7段LED数码管组成。 图3.4.1 译码与显示电路图4 系统电路原理及总图本电路由秒脉冲发生器、倒计时器、主控制器、译码器和显示器及等主要部分组成。秒脉冲发生器是该系统中倒计时器标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，驱动信号灯工作。计数器完成25s 倒计时功能。当启动电源时，控制电路应封锁置数控制端PL(低电平有效)，同时计数器完成置数功能，译码显示电路显示“25”字样。控制信号通过控制器控制十字路口不同方向的灯控。此时主干道绿灯、支干道红灯亮；通过门电路控制，当计数器显示到“5”字样时，主干道绿灯灭，黄灯亮，支干道继续

15、红灯。第二个周期，25S 重新计数，脉冲控制触发器转变，主干道红灯亮，支干道绿灯通行，倒数5S 控制支干道的黄灯亮。从而实现定时控制指示灯显示的功能。其中秒脉冲发生器产生频率为 1Hz 的脉冲，即输出周期为1 秒的方波，再用该脉冲信号控制计数器进行倒计数，而后将计数器输出的数据传送给译码器，译码器把输入的8421BCD 码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，驱动七段数码管显示十进制数。 秒脉冲信号发生器由555 多谐振荡器构成，倒计时器由74LS192 组成，译码显示电路由CD4511 和2 个共阴极七段LED 数码管组成。（总图见附录A）5 经验体会 实践是检验

16、真理的唯一标准。理论与实践相结合是检验能力的最好途径。在设计课题中我们手脑并用，知行合一。运用所学知识解决了实验中的问题，学到了知识，收获了心得。5.1设计过程中所遇到的问题及解决方案在此次数电课程设计中，我们遇到了一些问题。首先在利用multisim软件仿真时，一直仿真不出正确的结果，仔细检查后才发现原来是有些芯片没有接电源和接地，导致芯片不作用，改正之后，系统总电路仿真成功。焊接时，因为焊接技术不够熟练，总是将两个相邻的引脚焊在一起，浪费了很多时间，检查电路板时，倒计时部分不是从25s开始，因此我们怀疑是否芯片引脚接错，通过仔细对照仿真图，发现并未接错，我猜测应是CD4511芯片被烧坏了。

17、换了芯片后，正常工作。但是，过了两天后发现三种颜色的灯没有按照预期的状态变化，在检查的时候，老师说应该是焊接引脚的问题。在整个设计过程中，我发现自己对一些芯片的了解不够完善，学习知识掌握得不够牢固，在设计电路的时候花费了大量时间，焊接技术不够熟练。5.2设计体会 这次课程设计主是运用本学期所学到的数字电子技术知识来设计一个符合要求的交通信号控制系统。要求我们运用所学知识将几种单元电路组合起来，并且能够根据给定性能指标求解电路中的参数，最后在实践方面还要求我们要有动手能力，绘制出仿真电路并调试。通过这次数字电子技术课程设计，我学到了很多的东西，不仅巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没

18、有的知识。从而进一步加深了对数字电子技术的了解，让我对它产生了浓厚的兴趣。这次课程设计让我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，还要把所学的理论知识与实践相结合起来，而设计运用时要求对基础知识掌握的特别牢固熟练，才能很快的想到并学以致用，因此我们在以后的学习中更应该努力的学习。在设计过程中会遇到不同的问题，实际电路与电路板实物之间也存在差异，加之芯片较多，布线需要花点心思，这些都需要耐心用心。同时我更发现到自己的不足之处，在往后的学习中需不断提高。对于指导老师所提出的意见，我们会认真研究并不断改进。若要学习好这门课程需要手脑并用，知行合一。5.3 对本设计的建议可以设计一

19、种白天和黑夜不同工作状态的箭筒指示灯电路，在主干道和支干道的通行时间上可以设计不同，如主干道可以比支干道多几十秒的通行时间，可能会更有利于交通方便。电路板可以使用有芯片插座的PCB板。参考文献1 康华光.电子技术基础-数字部分M.第五版.高等教育出版社，20102陈大钦,罗杰.电子技术基础实验M.高等教育出版社，20083 杨力.电子技术课程设计M.中国电力出版社，20084 吕思忠,施齐云. 数字电路实验与课程设计M. 哈尔滨市：哈尔滨工程大学出版社, 20015 余孟尝. 数字电子技术基础简明教程M. 北京: 高等教育出版社, 2006附录A 系统电路原理图附录B 元器件清单型号功能备注74LS160十进制加法计数器1个74LS192十进制加减法计数器2个7段共阴极数码显示管显示数字2个555多谐振荡器构成秒脉冲发生器1个CD4511译码器2个电阻47K2个电容0.01uF、10uF各1个LED发光二极管红绿黄三色各2个74LS27三输入3或非门1个74LS00四个2输入与非门1个74LS04非门2个74LS322输入或门3个74LSO8四个2输入与门2个74LS11三输入与非门1个USB接口连接电源1个附录C 系统电路实物图