7交通灯.docx

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7交通灯

西安邮电学院

电子设计报告书

——交通灯控制器

一、任务要求：

为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。

其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。

设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下：

1.设次干道的红、黄、绿灯分别为r，y，g；主干道的红、黄、绿灯分别为R，Y，G，满足图1的工作流程并且可以并行工作：

g（R）→r（G），黄灯用于闪烁提示绿灯变为红灯。

图1：

时序工作流程

2.满足两个方向的工作时序：

主干道红灯亮的时间应等于次干道黄、绿灯亮的时间之和；次干道红灯亮的时间应等于主干道黄、绿灯亮的时间之和。

其中主干道，绿灯亮30秒，红灯亮20秒，黄灯5秒；次干道，绿灯20秒，红灯30秒，黄灯5秒。

3.十字路口要有数字显示装置，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。

具体要求为：

当某方向绿灯亮时，置计数器为某一个数值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，进入另一个方向的工作循环。

例如：

当次干道从红灯转换成绿灯时，置主干道数字显示为19，并使数显计数器开始减“1”计数，当减法计数到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数码管显示的数值应为4，当减法计数到“0”时，黄灯灭，而次干道的红灯亮；同时，使得主干道的绿灯亮，并置主干道的数码管的显示为29。

二、总体方案：

1．分析系统的逻辑功能，画出其框图

交通灯控制系统的原理框图如图2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。

图中：

TL:

表示主干道或支干道绿灯亮的时间间隔，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2交通灯控制系统的原理框图

2．分析系统的状态变化，列出状态转换表：

（1）主干道绿灯亮，支干道红灯亮。

表示主干道上的车辆允许通行，支干道禁止通行。

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）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。

表示主干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，支干道禁止通行。

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）主干道红灯亮，支干道绿灯亮。

表示主干道禁止通行，支干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）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。

表示主干道禁止通行，支干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。

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，控制器应送出主、支干道红、黄、绿灯的控制信号。

如下：

控制状态

信号灯状态

车道运行状态

S0（00）

主绿，支红

主干道通行，支干道禁止通行

S1（01）

主黄，支红

主干道缓行，支干道禁止通行

S3（11）

主红，支绿

主干道禁止通行，支干道通行

S2（10）

主红，支黄

主干道禁止通行，支干道缓行

三、单元电路设计

1.秒脉冲信号发生器

产生稳定的“秒”脉冲（f=1Hz）,确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。

由1个555定时器，1个103电容，1个4.7uF电容，1个5.1kΩ电阻和1个150kΩ电阻。

其电路图如图所示：

2．计时器：

根据设计，主干道绿灯显示30秒，黄灯显示5秒，支干道绿灯显示20秒，黄灯显示5秒。

序号

状态

U2U1

U2U1

时

间

序

号

东西

南北

D3C2B1A0d3c2b1a0

D3C2B1A0d3c2b1a0

绿

黄

红

绿

黄

红

01

00

11010110

00101001

29

1

0

0

0

0

1

02

11010111

00101000

28

1

0

0

0

0

1

03

11011000

00100111

27

1

0

0

0

0

1

04

11011001

00100110

26

1

0

0

0

0

1

05

11011010

00100101

25

1

0

0

0

0

1

:

:

:

:

:

:

:

:

:

:

:

:

11

11100110

00011001

19

1

0

0

0

0

1

12

11100111

00011000

18

1

0

0

0

0

1

:

:

:

:

:

:

:

:

:

:

:

21

11110110

00001001

09

1

0

0

0

0

1

22

11110111

00001000

08

1

0

0

0

0

1

:

:

:

:

:

:

:

:

:

:

:

27

11111100

00000011

03

1

0

0

0

0

1

28

11111101

00000010

02

1

0

0

0

0

1

29

11111110

00000001

01

1

0

0

0

0

1

30

11111111

00000000

00

1

0

0

0

0

1

31

01

11111011

00000100

04

0

1

0

0

0

1

32

11111100

00000011

03

0

1

0

0

0

1

33

11111101

00000010

02

0

1

0

0

0

1

34

11111110

00000001

01

0

1

0

0

0

1

35

11111111

00000000

00

0

1

0

0

0

1

36

11

11100110

00011001

19

0

0

1

1

0

0

37

11100111

00011000

18

0

0

1

1

0

0

∶

:

:

:

:

:

:

:

:

:

:

:

46

11110110

00001001

09

0

0

1

1

0

0

:

:

:

:

:

:

∶

:

:

:

∶

∶

53

11111101

00000010

02

0

0

1

1

0

0

54

11111110

00000001

01

0

0

1

1

0

0

55

11111111

00000000

00

0

0

1

1

0

0

56

10

11111011

00000100

04

0

0

1

0

1

0

57

11111100

00000011

03

0

0

1

0

1

0

58

11111101

00000010

02

0

0

1

0

1

0

59

11111110

00000001

01

0

0

1

0

1

0

60

11111111

00000000

00

0

0

1

0

1

0

主、支干道信号一次循环需要60个信号，所以用2个74LS161级联实现计时，所以如图所示：

3.状态控制电路：

用74LS161实现，由于74LS161的输出端按00—01—10—11一直循环下去，所以可以利用Q0、Q1作为状态输出端。

如图所示：

4.红绿灯（发光二极管）显示电路

红绿灯显示也是表示电路所处状态，其必然与主控电路的状态一一对应，受到主控电路控制，即主控电路的输出（A和B）决定了主干道和支干道的红绿灯的亮灭情况。

如亮用1表示，灭用0表示，则有，

A

B

主红（R）

主黄（Y）

主绿（G）

支红（r）

支黄（y）

支绿（g）

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

我们可以用门电路实现（如与门,与非门,非门等）但是这些电路不稳定,容易出现错误,如果能够用中规模器件的话,我们尽量用中规模器件来实现,因为中规模器件不仅较小规模器件稳定,而且接线也教小规模器件简单.

电路如图所示：

四、总体电路图：

主要芯片

数量/个

其他器材

数量/个

74LS161

2

数码管

2

74LS48

2

二极管

6

74LS04

2

限流电阻

2

74LS00

1

4.7uF电容

1

74LS08

1

0.01uF电容

1

555定时器

1

150k电阻

1

74LS74

1

5.1k电阻

1

五、各单元电路波形图：

六、调试过程中的问题：

1、第一次画好电路图连接电路时，没注意到面包板的线路是否连通，结果接完一个分支电路却实现不了功能，后来先查发现面包板有一处不连通，问题解决。

而后面我也每完成一个分支电路都要用万用表测试一下该单元电路的连通性和正确性，以避免同样的错误再次发生。

2、第一次接好电路由于没能结合面包板的连通性，致使最终所的的电路模型相当的杂乱，而且出现了几处错误都不好检查。

后来我拆了重连，这次由于有了上次的经验，使得电路的布局大大简化，而且还精简了原电路图，使用的芯片更少，功能更强，结构简单了，检查电路也方便的多了。

3、由于是在一小块面包板上完成一个集成电路，所以电路的连线比较繁琐，接线的时候要特别注意芯片的管脚，同时注意一下芯片是否插紧，导线是否松弛等等。

4、实验中还遇到了其他的一些问题，但最后都在老师和同学的帮助下得到了完美的解决。

七、总结

两周的电路实习，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。

不能只图速度不求质量。

做好一个，模块就检查一个模块，而不是只顾连线却不进行检查。

起初的时候先连接的是脉冲电路和数码管，我做的还不错。

但是后来因为心急一下子全都连接好之后才进行测试，结果查错误的时候很麻烦，最后只好拆掉电路重新进行连接。

这次电路实习，不但让我体会到设计成功时的喜悦，而且，从设计到电路连接都让我受益匪浅，不仅通过实践巩固了课本上的知识，而且在实际运用中活学活用，扩大了知识面，了解了更多的芯片。

通过实习，我懂得如何合理的做一个实验，以及做电路设计时的一些好习惯。

设计电路的时候发现理论知识是很重要的，它可以去指导实践。

由于面包板的不完美，一些地方插上芯片却达不到预期的效果，这种情况下就要求我们不停地通过万用表检查电路的通断，不停地测试各个模块的功能是否正确，然后再把所有模块连接起来，这样做可以极大限度地提高效率。

当然，和老师同学的交流也是必不可少的。

同时这次电路设计实习，使得我对数字电路更感兴趣，并且，在设计的过程中，积极去查阅资料，不仅学会了独立思考，而且学会了在遇到困难的时候不慌忙，不乱阵脚，仔细查找问题。

更好的提高了自己的动手能力，还主动帮助同学查找问题。

虽然这次设计遇到了很多麻烦，包括设计因素和客观因素，但能解决这些麻烦提前完成设计，感到自己的努力还是收到了回报。

八、参考文献：

1、《数字电路逻辑设计》

（脉冲与数字电路第三版）

王疏银主编高等教育出版社

2、《数字电路实验指导书》

（西安邮电学院电子与信息工程系）

张亚婷王利杨乐周丽娟郭华编

3、《高级逻辑器件与设计》.第一版.

齐怀印、卢锦编着.

北京：

电子工业出版社，1996年

西安邮电学院电子设计成绩鉴定表

学生姓名

班级/学号

承担任务实验室（单位）

电路与电子技术基础教学部

所在部门

电子工程学院

实施时间

2011年12月16日—2011年12月27日

具体内容

第一周

讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；选定题目，并设计电路，完成电路设计；电路仿真；领取元器件，开始组装电路；

第二周

组装电路;老师验收电路;写实验报告；实验总结；

成绩鉴定

学习内容

（40分）

基本功能完成情况（25分）

扩展功能完成情况（10分）

其它（5分）

接受单位评价

（20分）

实践能力（10分）

学习态度（6分）

学习纪律（4分）

报告鉴定

（40分）

报告内容与实践过程紧密结合（20分）

报告质量（主题、结构、观点、逻辑、资料、字数20分）

评阅教师姓名

赵林森

职称

讲师

成绩

评语

评阅教师签字

年月日