交通信号灯控制电路的设计.docx
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交通信号灯控制电路的设计
一、概述
1.本次课设是交通信号灯控制电路，该电路主要可分成时序电路、计时电路、控制电路、显示电路、检测电路五部分。
2.各部分功能实现如下：
时序电路产生秒脉冲，用555定时器来实现。
计时电路分别给出6秒，4秒，25秒，4秒的信号，用74LS160实现计时功能。
控制电路控制计时电路的四种不同情况。
显示电路通过二极管显示灯显示主、支干道的情况。
检测电路主要检查主干道是否有超过3辆车在等待，当超过3辆车在等待，用一个自动回复开关改变控制电路相应的计数状态，进而改变主、支干道二极管显示状态。
二、方案论证
方案一：
利用555产生秒脉冲。
由设计要求可知，计时电路需产生6s，4s，25s,4s四种不同的计数方式，共39s。
用74LS161分别产生6s，4s，25s定时器，把以上几种情况分别送给JK触发器，使其产生00，01，10，11四个状态，将四个状态送74LS138译码后经显示电路显示。
a）主干道：
绿灯（a）、黄灯（b）、红灯（c与d）
b）支干道：
绿灯（c）、黄灯（d）、红灯（a与b）
特点：
使设计要求的四个状态合理分配。
方案二：
利用555作为秒脉冲，用两片74LS160做并联清零分别做成6s、4s、25s、4s四种不同的计数方式，且每次的清零信号同时给另一片74LS160作为脉冲信号让其计数，使其产生00，01，10，11四个状态，然后通过74LS138形成四种不同的情况，分别为Y0（6s）、Y1（4s）、Y2（25s）、Y3（4s）,经显示电路显示。
a）主干道：
绿灯（Y0）、黄灯（Y1）、红灯（Y2与Y3）
b）支干道：
绿灯（Y2）、黄灯（Y3）、红灯（Y0与Y1）
特点：
思路明确简单易懂
综合对比方案一与方案二：
方案一相对元器件数目种类较少，焊接方便，但运行不稳定；方案二运行稳定且调试方便。
综合对比选择方案二作为设计方案。
三、电路设计
1.555秒脉冲设计电路
①秒脉冲可以由函数信号发生器产生，也可以由555定时器组成多谐振荡器产生。
②本实验采用555定时器组成的多谐振荡器，采用图1所示接法，充电电流流经R1和R2，放电电流只流经R2，因此电容的充电时间变为T1=（R1+R2）C1ln2，放电时间变为T2=R2C1ln2，故得脉冲的占空比为q=（R1+R2）/（R1+2R2），若取R1=R2，则q=66.7%，相应的周期变为T=（R1+2R2）C1ln2，取C1=820nF。
为了使输出波形稳定，取R1=R2=8K。
具体电路如图1所示。
图1多谐振荡器
2.控制电路
计数电路
74LS138译码器
清零信号
图2控制电路
说明：
由图2所示的电路不难看出，控制电路通过74HC04、74HC20、74HC10、74HC21门电路控制计数电路的清零信号，当计数电路从0开始计数到6时，控制电路产生低电平的清零信号同时使计数电路清零。
然后当计数电路在从0计数到4时，控制电路产生低电平的清零信号同时使计数电路清零。
再当计数电路从0计数到25时，控制电路产生低电平的清零信号同时使计数电路清零……如此循环产生低电平的清零信号。
3．计时电路
555脉冲信号
清零信号
图3计时电路
说明：
如图3电路所示，计时电路由两片74LS160并行进位方式且整体进行清零构成，首先从0计数到6，然后清零从0计数到4，再清零从0计数到25，清零……如此循环计数。
4.显示电路
74LS138
译
码
器
图4显示电路
说明：
如图4电路所示，显示电路通过74LS138、Y1、Y2、Y3的四个状态输出来控制主干道和支干道的六个二极管，主干道：
绿灯（Y0）、黄灯（Y1）、红灯（Y2与Y3）；支干道：
绿灯（Y2）、黄灯（Y3）、红灯（Y0与Y1）。
由设计要求知：
a）当主干道为绿灯（计数电路从0计数到6，译码器的Y0有效）和黄灯（计数电路从0计数到4，译码器的Y1有效）时，支干道要求一直为红灯，此时通过74LS32来实现支干道在前6s时一直为红灯。
b）当支干道为绿灯（计数电路从0计数到25，译码器的Y2有效）和黄灯（计数电路从0计数到4，译码器的Y3有效）时，主干道要求一直为红灯，此时通过74LS32来实现主干道在后29s时一直为红灯。
5.检测电路
检测电路如图5所示
控制电路
计数信号
图5检测电路
检测电路主要是相对主干道是红灯、只干道是绿灯这一情况而言，如果检测到主干道少于3辆车在等待，那么支干道继续当前状态；如果检测到主干道超过3辆车在等待，这时需要按下自动回复开关J2。
按一下J2后，开过由当前的上端跳转到下端，这时与接地端导通，产生清零信号给控制电路，开关接通地端立即回到上端，当前电路进入主干道是红灯，只干道是黄灯这一状态。
四、性能的测试
1.计时电路性能调试
（a）六秒测试电路如图6所示。
清零信号
脉冲信号
图6主干道绿灯6s
（b）四秒测试电路如图7所示。
清零信号
脉冲信号
图7主干道黄灯灯4s
（c）二十五秒测试电路如图8所示
清零信号
脉冲信号
图8支干道绿灯25s
（d）四秒测试电路如图9所示。
清零信号
脉冲信号
图4.1.1支干道黄灯4s调试截图
图9支干道黄灯4s
2.彩灯调试
6秒调试时对应的主、支干道发光二极管显示状况如图10所示。
6秒信号
图10支路红灯、主路绿灯亮
4秒调试时对应的主、支干道发光二极管显示状况如图11所示。
4秒信号
图4.2.2支路红灯、主路黄灯亮
图11支路红灯、主路黄灯亮
25秒调试时对应的主、支干道发光二极管显示状况如图12所示。
25秒信号
图12支路红灯、主路绿灯亮
4秒调试时对应的主、支干道发光二极管显示状况如图13所示。
4秒信号
图13支路红灯、主路黄灯亮
五、结论
通过实验调试和数据测试，各个部分均满足以下设计要求和数据要求：
a）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。
b）主支干道交替允许通行。
主干道每放行6秒，支干道每次放行25秒。
c）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮4秒钟的黄灯作为过渡。
总体来说，交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。
红灯亮禁止通行，绿灯亮且允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。
六、性价比
虽然原件种类相对少些，市场上比较常见，但是原件数量较多，所以价格会相对贵些。
七、课设体会及合理建议
1.体会
经过两周的努力终于完成了关于交通灯控制电路的电子课程设计，想一想，这其中真是有太多的不易，当时真的是被这个课设难住了，我都有要放弃的想法了。
后来通过帮助其他同学改改课设，我发现其实我可以的，只是一时没有找到思路罢了。
我又上网查找一下相关的课设资料，查看相关书籍，从基础学起，慢慢地我心里有了整体框架，有了想法马上付诸于行动，最终我完成了。
通过本次课设，我初步掌握了数电的应用技术，熟练应用了仿真软件，巩固了数电课程知识，加深对基本器件、时序电路、逻辑电路的理解。
我深刻体会到数字电子技术对当今现代社会的重要作用。
我学会了严密的思考，构想及怎样把计划付诸于实际行动中。
同时与社会的不断高速发展的步伐相比，我认识到自己所学的知识和技能还远远不足，有些实际问题还不能解决，很多更好的设想也无法实现，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解决实际问题的能力，缺乏高效利用及筛选大量资料的能力，有待在今后的学习实践中进一步提高。
最重要的一点是增强了自己的动手能力、思考能力，更增强了我的自信心，我相信在以后的时间学习中我能做的更好。
2、改进建议
存在问题：
应用TTL门电路元器件数量较多，使焊接不方便。
没有倒计时显示数码管。
可以通过减法芯片74LS192或74LS190实现倒计时，通过74LS48或CD4511连接数码显示管显示倒计时
参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础.清华大学[M].高等教育出版社.2009
[2]党宏社.电路、电子技术实验与电子实训[M].电子工业出版社.2009
[3]戴伏生主编.基础电子电路设计与实践[M].北京：
国防工业出版社.2002
[4]童诗白，华成英主编.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社.2006
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U1、2、3
十进制计数器
74LS160
3
2
U4
3-8译码器
74LS138
1
3
U5、6、7、8、18
反相器
74HC04
1
4
U10、11
三输入与非门
74HC10
1
5
U13
四输入与门
74HC21
1
6
U9、12
四输入与非门
74LS20
1
7
U14、15
或门
74LS32
1
8
R1、2
电阻
8kΩ
2
9
R3、4、5、6、7、8
电阻
300Ω
6
10
C1
电容
820nF
1
11
C2
电容
300nF
1
12
LED1、2
发光二极管
LED-green
2
13
LED3、4
发光二极管
LED-yellow
2
14
LED5、6
发光二极管
LED-red
2
15
A1
555振荡器
555-VIRTUAL
1
16
U16、17
数码管
DCD-HEX-YELLOW
2
17
J2
按键开关
PB-DPST
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