数电课程设计交通灯综述.docx
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数电课程设计交通灯综述
数字逻辑电路课程设计报告
设计交通灯控制电路
班级：
电子信息工程0911班
姓名:
韩远兵（2009128136）
王志超（2009128131）
姜威（2009128140）
组号：
第一组
指导老师：
吴学军
一、交通信号灯的设计要求……………………………………
二、交通信号灯基本原理及设计方法…………………………
三、主控制器电路………………………………………………
四、计数器电路…………………………………………………
五、译码显示电路………………………………………………
六、灯控制电路……………………………………………………
七、频率产生电路原理图……………………………………………
八、仿真图及安装调试结果分析………………………………
九、电子元器件清单……………………………………………
十、心得体会……………………………………………………
十一、参考文献…………………………………………………
十二、附录………………………………………………………
附录一、电路总图…………………………………………………
附录二、PCB图……………………………………………………
附录三、作品照片图………………………………………………
一、交通信号灯的设计目的以及要求
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。
实现红绿灯的自动指挥是城市交通自动化的重要课题。
本课题利用数字路的基本知识和设计方法，设计一个简单的交通灯控制系统要求。
1.掌握系统设计的一般步骤和方法，掌握一个大的系统中各子系统之间的相互作用和相互制约关系；
2.运用数字电路理论知识自行设计并实现一个较为完整的小型数字系统。
通过系统设计、电路安排与调试、写设计论文等环节，初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，提高实际应用水平；
3.学会用中规模器件设计一个符合要求的系统，并熟悉常用中规模器件的用法。
4.学会按照电路图在面包板上合理布局使各器件在系统中的连线更简单，清晰；
5.掌握连接实物图的一般步骤和方法，学会系统安装与调试的一般步骤和方法。
6.在实践中运用理论知识，培养实际动手能力；
7.主干道的通行时间长于支干道的通行时间；
8.每次由绿灯变为红灯或由红灯变为绿灯的前5秒四个路口要亮黄灯以提示过往车辆及行人注意路灯变化，安全通行；
9.设计正计时30s、20s计时数码实现电路，要求每秒钟改变一次数字；
10．在一个主支干道的十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通灯。
红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。
在绿灯变红灯时先要求黄灯亮5秒钟，以便让后来车辆准备停车。
由于主干道车辆较多，支干道车辆较少，所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些，为30秒；而支干道通行时间为20秒。
二、交通信号灯基本原理及设计方法
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。
有一个主干道和一个支干道的十字路口如下图所示。
每边都设置了红、绿、黄色信号灯。
红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。
因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。
设主干道通行时间为N1，干道通行时间为N2，主、支干道黄等的时间均为N3按主支干道通行的时间来看，设置N1﹥N2﹥N3。
系统工作流程图如图所示。
要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组成，整机电路的原理框图如图所示。
四个路口设有红、黄、绿三色灯和两位8421BCD码的计数、译码显示器。
十字路口车辆运行情况只有4种可能：
1）设开始时主干道通行，支干道不通行，持续时间为30s。
2）第30s后，主干道停车，支干道仍不通行，持续时间为5s。
3）第35s后，主干道不通行，支干道通行，持续时间为20s。
4）第55s后，主干道仍不通行，支干道停车，持续时间为5s。
第60s后又回到第一种情况，如此循环。
因此，要求主控制电路有4种状态。
状态转换图如图所示。
三、主控制器电路
主控制器的逻辑图
主控制电路用74LS90芯片控制。
采用反馈归零法构成4进制计数器,即可从输出端QBQA得到所要求的4个状态，如下图。
QB
QA
S0
0
0
S1
0
1
S2
1
0
S3
1
1
四、计数器电路
计数器电路图
计数器电路采用74LS192芯片，74LS192既可以做加计数也可以做减计数，本电路采用74LS192的减计数电路。
计数器除需要秒脉冲作时钟信号CP外，还应受主控制器的状态控制。
计数器的工作情况为：
计数器在主控制器进入状态S0时开始30s倒计时计数；30s后产生归零脉冲，使计数器归零、重新置数，并向主控制器发出状态转换信号CT，主控制器进入状态S1，计数器开始5s倒计时计数；5s后又产生归零脉冲，使计数器归零、重新置数，并向主控制器发出状态转换信号CT，主控制器进入状态S2，计数器开始20s倒计时计数；20s后也产生归零脉冲，使计数器归零、重新置数，并向主控制器发出状态转换信号CT，主控制器进入状态S3，计数器又开始5s倒计时计数；5s后同样产生归零脉冲，使计数器归零、重新置数，并向主控制器发出状态转换信号CT，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。
五、译码显示电路
译码显示电路图
译码器是用CD4511芯片，显示用七段共阴数码管。
CD4511是一种BCD码输入端,其中A、B、C、D是输入端；a、b、c、d、e、f、g是输出端，输出高电平有效，和七段共阴数码管的a、b、c、d、e、f、g相互连接。
下图是输入值A、B、C、D和输出值a、b、c、d、e、f、g与显示数字的关系。
六、灯控制电路
灯控制电路图
灯亮电路根据主控制电路Q0、Q1输出信号来控制主干道、支干道红绿黄的亮灭。
Q1输出端连接主干道绿灯（1G）与支干道红灯（2R）；Q1输出端经过非门后连接主干道红灯（1R）和支干道绿灯（2G）；CP信号和Q0、
端经过三与非门与主干道黄灯（1Y）连接，CP信号和Q1、Q0端经过三与非门和支干道黄灯（2Y）连接。
主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。
设灯亮为1，灯灭为0，则控制信号灯的译码电路的真值表。
表控制信号灯的译码电路的真值表
主控制器状态
主干道
支干道
Q1Q0
1R1Y1G
2R2Y2G
S000
S101
S210
S311
001
010
100
100
100
100
001
010
七、频率产生电路原理图
CD4060是分频器，32768Hz信号通过分频器，经过214分频后可获得2Hz的脉冲信号。
然后通过74LS74经过2分频后，得到1Hz的CP信号。
八、仿真图及安装调试结果分析
在电路板上按整机框图把主控制器、计数器、信号灯译码器、数子显示译码器和秒脉冲信号发生器焊接好然后按以下步骤进行调试：
1．秒脉冲信号发生器的调试，按照平时吴老师在实验时教的方法逐级调试振荡电路和分频电路，使输出设计符合设计要求。
2．将秒脉冲信号送入主控制器的CP端，观察主控制器的状态是否是按00、01、10、11、00…的规律变化。
3．将秒脉冲信号送入计数器的CP端，接入主控制器的状态信号X0、X1，并把主控制器的状态信号送入主控制器的CP端，观察计说器是否按30秒、5秒、20秒、5秒、30秒…循环计数。
4．把主控制器的状态转换信号X1、X0接至信号灯的译码电路，观察6个发光二极管是否按设计要求发光。
5．整机联调，使交通信号灯控制电路正常工作。
以上是本次设计的全过程，由以上分析知此设计所需材料有：
3片74LS90、2片CD4511和2个共阴数码管、1个555定时器、3片74LS04、1片74LS20、1片74LS00、1片74LS10、14个470ohm电阻、2个4.7k电阻、6个390ohm电阻、1个100UF电容、1个0.01UF电容和导线若干。
九、电子元器件清单
电阻：
10M欧1个、240欧6个
电容：
30pf2个
晶振：
32768Hz1个
数字芯片：
74LS04、74LS09、74LS10、74LS74、CD4060、74LS90各1个
74LS192、CD4511各2个
共阴数码管：
2个
发光二极管：
红、绿、黄各2个
十、心得体会
通过这次的模拟电路课程设计，让我们学会了如何独立完成一个数字电路系统的设计，相互合作的重要性。
首先，数字电路是一门理论性很强，很需要经验的一门学科，想要学好它需要付出足够的努力，要多动手才能有收获，课程设计就给了我们一个很好的实践的机会，以前很少用纯数字电路去做东西，但是通过这次的数子电路课设，让我对数字电路有了新的看法。
其次，通过安装调试，可以发现理论上可行的电路很有可能调试不出结果，这就需要我们来对电路进行整体的分析，考虑到各个环节的影响，才能发现问题。
最后，通过这次数字电路的课设，给我最大收获的不是其它的，而是如何去解决问题，在做课设的过程中，遇到问题是很正常的，但是如何解决这些问题才是我们更应该重视的。
课程设计是一个提高我们整体水平的好方法，希望我们以后还有更多的机会来做课程设计。
十一、参考文献
[1]康华光.《电子技术基础数字部分》.武汉:
华中科技大学出版社，2006
[2]祁存荣.《电子技术基础实验（数字电子技术部分）》.武汉理工大学教材中心，2007
十二、附录
附录一、原理图
附录二、PCB图
附录三、作品照片
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