课程设计报告——交通信号灯控制器

太原理工大学1目录一、设计背景...........................................................................................................................2二、任务和要求...............................................................................................................................2三、总体设计方案...........................................................................................................................31.状态设置................................................................................................................................32.系统框图................................................................................................................................3a.系统总框图....................................................................................................................3b.系统状态转换框图........................................................................................................4四、单元电路设计...........................................................................................................................41.倒计时电路（定时电路）....................................................................................................42.状态控制器（主控电路）....................................................................................................53.交通灯显示电路、................................................................................................................54.数码管显示............................................................................................................................65.置数变换电路........................................................................................................................66.流量控制电路........................................................................................................................7五、总电路原理图...........................................................................................................................8六、总电路图...................................................................................................................................9七、原件清单.................................................................................................................................10八、电路连接与调试.....................................................................................................................10九、设计总结.................................................................................................................................10十、参考文献.................................................................................................................................11太原理工大学2一、设计背景在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。二、任务和要求红绿灯交通信号系统外观示意图如图1所示。1．在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一方向是绿灯、黄灯、红灯；另一方向是红灯、绿灯、黄灯。2．设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上（主干道）绿灯亮的时间是45s，另一个方向上（支干到）绿灯亮的时间是25s，黄灯亮的的时间都是5s。3.要求加装一流量控制电路，使电路拥有流量控制功能，既：当一条路上无车，另一条路上有车时，这条路上的绿灯长亮，另一条路上红灯长亮。倒计数计时器绿灯黄灯红灯红黄绿灯灯灯太原理工大学3三、总体设计方案1.状态设置状态1（00）：主车道的绿灯亮，车道，人行道通行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行。状态2（01）：主车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；状态3（10）：支车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；状态4（11）：支车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车的黄灯亮，车道，人行道缓行；2.系统框图a.系统总框图流量控制电路太原理工大学4b.系统状态转换框图四、单元电路设计1.倒计时电路（定时电路）倒计时器由两位4位十进制可逆同步计数器（双时钟）74LS192、一个非门和一或门构成。其组成如图所示，其中74LS192是上升沿触发，CPU为加计数时钟输入端；CPD为减计数时钟输入端；LD为异步预置端，低有效；CR为异步清零端，高有效；CO为进位输出端，当1001后输出低电平；BO为借位输出端，当0000后输出低电平；D3D2D1D0为数据预置端；Q3Q2Q1Q0为数据输出端。状态00持续45s支干道红灯亮主干道绿灯亮状态01持续5s支干道红灯亮主干道黄灯亮状态10持续25s支干道绿灯亮主干道红灯亮状态11持续5s支干道黄灯亮主干道红灯亮图2工作流程图太原理工大学52.状态控制器（主控电路）状态控制器由两个上升沿D触发器构成，状态有00→01→10→11，四种状态分别对应信号灯的四种状态，且触发器上的清零端、置一端，用于接收流量控制电路上的控制-状态变换信号，完成状态-流量控制。3.交通灯显示电路、此部分由一个数据分配器74LS138、两个与门和6个发光二极管构成。其结构如图所示。74LS138的外引线排列如图)所示，其中A2A1A0是3个二进制代码输入端；Y7Y0是8个输出端，低电平有效；STA、STB、STC是使能控制端。当STA=1且STB+STC=0时，分配器才工作。太原理工大学64.数码管显示采用四位二进制七段数码管显示，如图所示。5.置数变换电路此部分电路是由两个数据选择器构成，既用74LS153组成，当主控电路状态发生变换时，置数变换电路产生的置数也随之变换，其状态对应为：00→45，01→05，10→25，11→05.最后将置数放回倒计时电路，用于置数，最终达到定时的作用。太原理工大学76.流量控制电路此部分电路是由一片74LS138，既数据选择器构成，主干道接A，支干道接B，当状态为10或01时，直接控制主控电路的两片上升沿D触发器的清零或置一端。完成流量控制。太原理工大学8五、总电路原理图太原理工大学9六、总电路图太原理工大学10七、原件清单74LS192（十进制可逆计数器）两个74LS138（3-8译码器）两个74LS153（双4选1数据选择器）一个74LS74（上升沿双D触发器）一个74LS04（六反相器）一个74LS32（四2输入或门）一个74LS08（四2输入与门）一个八、电路连接与调试在电路连接与调试过程中，应该一部分一部分的连接调试，接好一部分，再接另一部分，否则当全部接好再调试的话，不仅浪费时间，而且有问题的话无法排查。经过仿真与实际连接，本套电路设计成功，可以达到预设效果。九、设计总结实习就是将从课本上的知识应用于实际中，数字电路课程设计就是很好的实践。在交通灯控制系统设计中，充分的体现了动手能力和对课本知识的掌握程度。而设计过程又存在着许多的问题，由于电路试验箱的地方有限，所以必须先合理的规划每个模块的位置，其次，芯片周围的布线也得小心处理，粗心大意的代价就是局部短路。实习中更是将各个芯片的功能状态系统地学习了一遍，熟练地用它们实现所需的功能。不过在所遇到的问题处理过程中有成功也有失败，但这确实加强了自己的动手能力，最终我还是体会到成功的喜悦。太原理工大学11十、参考文献[1]陈晰.《数字电路试验技术基础》.电子工业出版社，1999[2]李元.《数字电路与逻辑设计》.南京大学出版社，1997[3]郝波.《数字电子技术》，西安电子科技大学出版社，2004[4]郭斌.《数字逻辑电路》.电子科技大学出版社，1995[5]程震先.《数字电路实验与应用》.北京理工大学出版社,1999[6]王毓银.《数字电路逻辑设计》.高等教育出版社，1992[7]百度文库