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1、数字电路课程设计 交通灯控制电路系 别：电气工程及其自动化专 业： 通信工程班 级：101班姓 名：马书亮 学 号：1016303002指导老师：苏玉娜第一章 序 言随着社会的飞速发展，城市交通问题日益凸显严重，尤其在城市街道的十字叉路口，频繁发生交通问题，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条街上都有一组红、黄、绿交通信号灯。其中红灯亮，表示道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已经过停车线的的车辆继续通行；绿灯亮表示道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口的红、黄、绿交通灯。交通灯通过的状态转换，指挥车辆行人通行，保证车辆行人的安全，实现十字路口交通管理自动化。第二
2、章 设计任务书一、设计题目：交通灯控制电路二、技术内容及要求：1、设计任务 设计一个十字路口的交通信号灯控制器，控制A、B两条交叉道路上的车辆通行，具体要求如下：a） 每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许通行，红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已通过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆停止通行。b） 每条道路上每次通行的时间为25s.c） 每次变换通行车道之前，要求黄灯先亮5s,才能改变换车道。d） 黄灯亮时，要求每秒钟闪烁一次。2、设计目的通过本设计熟悉用中规模集成电路进行时序逻辑电路和组合逻辑电路设计的方法，掌握简单数字控制器的设计方法。 三、给定条件及器
3、件元件名型号数量集成电路74LS163D1个74LS465N3个74LS190D2个NC7S08_5V6个NC7S04_5V5个NC7ST02_5V1个NC7S32_5V1个电阻1个47k1个5.6k1个2007个5.1k1个电容10 uF2个01uF2个发光二极管红色3个黄色2个绿色2个三极管3DG1个导线若干四、设计内容1.电路各部分的组成和工作原理。2.元器件的选取及其电路逻辑图和功能。3.电路各部分的调试方法。4.在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问题，其原因及解决的办法。第三章 电路组成和工作原理1分析系统的逻辑功能，画出其框图设系统工作的十字路口由主、支两条干道构成，4路口均设红
4、、黄、绿三色信号灯和用于计时的2位由数码管显示的十进制计数器，其示意图如图51所示。 图1 十字路口交通信号灯控制示意图根据交通规则，交通信号灯自动定时控制器所需实现的功能如下：(1)主、支干道交替通行，通行时间均可在0 99 s内任意设定。(2)每次绿灯换红灯前，黄灯先亮较短时间(也可在0 99 s内任意设定)，用以等待十字路口内滞留车辆通过。(3)主支干道通行时间和黄灯亮的时间均可由同一计数器按减计数方式计数(零状态瞬间进行状态的转换，视为无效态)。(4)在减计数器回零瞬间完成十字路口通行状态的转换(换灯)。(5)计数器的状态由EWB显示器件库中的带译码器七段数码管显示，红、黄、绿三色信号
5、灯由EWB显示器件库中的指示灯模拟2系统工作流程图设主干道通行时间为N1，支干道通行时间为N2，主、支干道黄灯亮的时间均为N3，通常设置为N1N2N3。系统工作流程图如图5-2所示。 3系统硬件框图图3 硬件结构框图（1）如图2所示，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N1时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。（2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。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，支干道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔N3时，控制器发出状态转换信号，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
6、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N2时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（4）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，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N3时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态。第四章 设计步骤及方法一、列出控制器与信号灯的关系表：(1) 状态控制器: 由流程图可见,系统有4种不同的工作状态(S0S3)，选用4位二进制递增集成计数器74163作状态控制器，74163的功能表如图 所示，电路符号在图中可见，取底两位输出QB、QA作状态控制器的输出。状态编码S0、S1、S
7、2、S3分别为00、01、10、11.(2) 状态译码器：以状态控制器输出（QB、QA）作为译码器的输入变量，根据四个不同通行状态对主、支干道三色信号灯的控制要求，列出灯的控制要求，列出灯控函数真值表，如表X所示。状 态QB QA主干道R（红） Y（黄） G（绿）支干道r（红） y（黄） g（绿）0 00 0 11 0 00 10 1 01 0 01 01 0 00 0 11 11 0 00 1 0表2、灯控函数真值表 根据灯控函数逻辑表达式，可写出由与门和非门组成的状态译码器电路，如图3所示。将状态控制器，状态译码器以及模拟三色信号灯相连接，构成三色信号灯逻辑控制电路。 图4 三色信号灯逻辑
8、控制电路黄灯闪烁控制：要求黄灯每秒闪一次，即黄灯0.5秒亮，0.5秒灭，故用一个频率为2的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连接进来再接到黄灯就可以实现（3）信号灯计时显示逻辑电路 选用两片74190（功能表如表2所示）十进制可逆计数器构成2位十进制可预置数的减法计数器，如图5所示。74190具有异步并行置数功能、保持功能，虽然没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。两片计数器之间采用异步连接方式，利用个位计数器的借位输出脉冲（RCO）直接作为十位计数器的计数脉冲（CLK），个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。选用两片只带译码器功能的七段显示数码管实现两
9、位十进制数显示。D1、C1、B1、A1和D0、CO、B0、A0是十位和个位计数器的8421码置数输入端。由74190功能表可知，该计数器在零状态时RCO端输出低电平。将个位与十位计数器的RCO端通过或门控制两片计数器的置数控制端LOAD（低电平有效），从而实现了计数器减计数至“00”状态瞬间完成置数的要求。将数据输入端的8421BCD码置入计数器。可以选择100以内的预置数值，实现0100s内的计时显示要求。图5 信号灯计时显示逻辑电路表2 74190功能表（4）信号灯顺序定时置数逻辑电路 为使系统简化，如上所述，用同一减法计数器分时显示主、支干道通行时间（即主、支干道绿灯亮的时间）和主支干道
10、通行转换中黄灯亮的时间，为此，必须解决好按顺序定时置数问题。 (5) 秒脉冲发生器 秒脉冲发生器可由555多谐振荡器构成，为简化电路，可直接选用秒脉冲信号源代替秒脉冲发生器。555定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。按其工艺分双极型和CMOS型两类，其应用非常广泛。1 555定时器的组成和功能图61 555定时器组成框图它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端
11、。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表61示。表61 555定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端Qn+1放电管T功能00导通直接清零10导通置011截止置11Qn不变保持图6 秒脉冲发生器原理图如图6所示，R6、C2组成一个串联RC
12、充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C2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。 (6)顺序定时置数控制电路 为了使顺序定时置数逻辑电路中的三片744665一次数序工作,并保证三片74465任何时刻只能有一片选通,其他两片输出端均处于高组态.需要设计顺序定时置数控制电路,图8交通信号灯自动指挥系统中与子电路”灯控逻辑”相连接的两个非门一个或非门可实现这一功能.二、单元电路的设计表6.74LS163功能表 输 入 输 出CR LD CTP CPT CP D0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q30 1 0 d0 d1 d2 d31 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0d0 d1 d2 d3计 数保 持保 持其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CP分别送给两个74LS163的清零端2处。如图所示：输入端3.4.5.6分别接地.。U1的7和10与U2的15相连。.即：只有当时15处产生一个高电平脉冲时才能触发U1中的14产生脉冲同时和U3A中的2下作用产生脉冲。74LS00在ST中12.13共同作用下将信号11分别送给U1和U2的SR。可以得到TY和TY非是秒脉冲的4倍；TL和TL非
