电子技术课程设计.docx
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电子技术课程设计
交通灯电路的设计
1设计目的
（1）熟悉集成电路的引脚安排。
（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
（3）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。
（4）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。
（5）熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。
2设计思路
（1）设计秒脉冲发生器。
用一个NE555定时器组成。
（2）设计交通灯定时电路。
用74LS160计数器和基本门电路组成。
（3）设计交通灯控制电路。
用74LS74D触发器和74LS153数据选择器构成。
（4）设计交通灯译码电路。
用74LS08与门电路和红黄绿三色的发光二极管组成。
（5）设计交通灯显示时间电路。
用74LS48译码器和共阴极七段数码管组成。
3设计过程
3.1方案论证
交通灯控制系统的原理框图如图1所示。
它主要由控制器、定时器、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。
图1中：
TL:
表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。
定时时间到，TL=1，否则，TL=0。
TY：
表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
定时时间到，TY=1，否则，TY=0。
ST：
表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。
由它控制定时器开始下个工作状态的定时。
图1系统的原理框图
（1）甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。
表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。
绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。
（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。
表示甲车道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，乙车道禁止通行。
黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。
表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。
表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。
黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第
（1）种工作状态。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。
设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表1所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。
为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作表1规定：
3.2．单元电路的设计
3.2.1秒脉冲发生器
秒脉冲发生器由NE555定时器及外围电路组成，其中R8=68K、R9=15K,C3=10uF的电阻电容值决定了脉冲宽度。
既T=（R8+2R9）C2ln2当T=1S，即可凑出R8、R9、C3，其中C2=0.01uF是为了保持输出的波形的稳定。
如图2所示，R8=68K、C3=10uF组成一个串联RC充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C3上得到一个三角波。
此三角波送到NE555的2脚输入端。
由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。
表1
控制状态
信号灯状态
车道运行状态
S0（00）
甲绿、乙红
甲车道通行，乙车道禁止通行
S1（01）
甲黄、乙红
甲车道缓行，乙车道禁止通行
S3（11）
甲红、乙绿
甲车道禁止通行，乙车道通行
S2（10）
甲红，乙黄
甲车道禁止通行，乙车道缓行
AG=1
甲车道绿灯亮
甲车道通行
BG=1
乙车道绿灯亮
乙车道通行
AY=1
甲车道黄灯亮
甲车道缓行
BY=1
乙车道黄灯亮
乙车道缓行
AR=1
甲车道红灯亮
甲车道禁止通行
BR=1
乙车道红灯亮
乙车道禁止通行
图2秒脉冲发生器原理图
3.2.2定时器
定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，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。
74LS160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。
74LS160功能表如表2所示。
表2
CLK
EPET
工作状态
X
↑
X
X
↑
0
1
1
1
1
X
0
1
1
1
XX
XX
01
X0
11
清零
预置数
保持
保持（C=0）
计数
表中
是低电平有效的异步清零输入端，
是低电平有效的同步并行置数控制端，EP、ET是控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q3是数据输出端。
设计如图3。
图3交通灯定时器
其工作原理为：
由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74LS160的清零端9处。
如图所示：
输入端3、4、5、6分别接地.。
U1的7和10和U2的15相连。
当U13C74LS04的ST信号分别送给U1和U2的LOAD。
就可以得到TY和TY非是秒脉冲的5倍；TL和TL非的结果是秒脉冲的25倍。
3.2.3控制器
控制器是交通管理的核心，它能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
列出控制器的状态转换表，如表3所示。
选用两个D触发器74LS74做为时序寄存器，会产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于
+
+1＝00状态时，如果TL＝0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到
+
+1＝01状态。
这两种情况与条件TY无关，所以用无关项"X"表示。
其余情况依次类推，就可以列出状态转换信号ST。
表3控制器状态转换表
根据表3可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：
将Q1n+1、Q0n+1和ST为1的项所对应的输人“或”状态转换条件变量相“与”，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各“与”项相“或”，即可得到下面的方程：
根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。
控制器原理图如图4所示。
图中R、C构成上电复位电路。
由两个双多路转换器74LS153和一个双D触发器74LS74组成控制器。
触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换。
图4交通灯控制器
其原理为：
CLK分别接入U6A和U6B的3和11。
将TY接入U4的4和U5的4和5；TY非接入U4的5。
如图4所示：
74LS74两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。
选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到74LS153的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。
3.2.4译码电路
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，翻译成甲、乙车道上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表4所示。
表4中A、B分别代表甲、乙车道。
表4控制器状态编码与信号灯关系表
Q1Q0
AG绿灯
AY黄灯
AR红灯
BG绿灯
BY黄灯
BR红灯
00
1
0
0
0
0
1
01
0
1
0
0
0
1
10
0
0
1
1
0
0
11
0
0
1
0
1
0
图5译码器原理图
由秒脉冲发生器产生了周期性变化的CLK脉冲，一部分送给了定时器的74LS160芯片，另一部分送给了控制器的74LS74芯片。
在脉冲ST同时加到定时器74LS160芯片的情况下，通过芯片74LS10将会输出TY、
；TL、
。
即TY和
放大的结果是秒脉冲的5倍；TL和TL非放大的结果是秒脉冲的25倍。
前者输出的信号是后者的1/5。
将定时器输出的TY、
；TL、
分别作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脉冲置于芯片74LS74中会输出高低变化的电平。
控制器中的信号在送给由芯片74LS08组成的译码器后再通过电路中的指示灯和200欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。
电路图设计如图5。
3.2.5显示时间电路
显示部分由74LS48和共阴极七段数码管组成，74LS48作为译码器，对74LS160的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS160的计数。
即交通灯需要显示的时间。
其设计如图6。
图6由74LS48和数码管组成的电路
4仿真
图7仿真总原理图
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