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1、1课课 程程 设设 计计 报报 告告设计题目：交通灯控制电路班 级： 学 号： XXXXXXXX姓 名： 指导教师： 设计时间：2摘摘 要要交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言，分为：机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯、掉头信号灯、道口信号灯。为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、
2、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。本课程设计主要是通过在 multisim 仿真软件上使用各种简单的逻辑芯片仿真实现交通灯控制电路。.关键词关键词：交通信号灯，逻辑芯片3目目 录录摘要摘要 I1 概述概述 12 课程设计任务及要求课程设计任务及要求 2.1 设计任务及要求 13 理论设计理论设计 3.1 方案论证 23.2 系统设计 3.2.1 结构框图及说明 23.2.2 系统原理图及工作原理 33.3 单元电路设计3.3.1 脉冲发生器的设计 43.3.2 计数电路的设计 53.3.3 控制电路的设计 63.3.4 显示电路的设计 84 软件仿真
3、软件仿真4.1 仿真电路图 114.2 仿真过程及结果 125 安装调试安装调试5.1 故障分析 136 结论结论 147 使用仪器设备清单使用仪器设备清单 158 参考文献参考文献 169 收获、体会和建议收获、体会和建议 1742 课程设计任务及要求课程设计任务及要求2.1 设计任务及要求设计任务及要求设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为 25 秒。（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮 5 秒钟，才能变换运行车道。（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计
4、数；（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在 099s 内任意设定。53 理论设计理论设计3.13.1 方案论证方案论证系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时器向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管发光，译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，产生倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。3.23.2 系统设计系统设计3.2.13.2.1 结构框图结构框图 63.2.23.2.2 系统原理图及工作原理系统原理图及工作原理 交通灯定时控制系统的原
5、理框图如图 1 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 ：表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为 25 秒，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，7TY=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一个工作状态的定时。3.33.3 单元电路设计单元电路设计3.
6、3.13.3.1 脉冲发生器的设计脉冲发生器的设计以 555 定时器接外接电路形成多谐振荡器，发出频率为 1Hz 的脉冲信号，用作计数器及 D 触发器的 clk 信号。555 定时器引脚图如图 1 所示，由脉冲频率公式：f=1f=1（R1+2R2R1+2R2）C2C28要使 f=1Hz，可选择 R1=55K，R2=47K，C=10F，形成电路图如图 2 所示。图 1 9图 23.3.23.3.2 计数电路的设计计数电路的设计用 74ls163 为计数器，74ls163 为四位的二进制加法计数器。要产生 25 秒的清零信号 TL 及 5 秒的清零信号 TY，需将输出分别接成 24 及4 的输出，
7、由控制电路产生并选择清零信号 ST。74ls163 引脚图如图 3所示，计数电路如图 4 所示。10图 3 图 4113.3.33.3.3 控制电路的设计控制电路的设计用一个双数据选择器 74ls153 对 TL 及 TY 信号进行选择，输出控制清零信号 ST；另一个 74ls153 与一个双 D 触发器 74ls74 相接，形成控制亮灯信号 Q1、Q0。74ls153、74ls74 引脚图如图 5、6 所示，控制电路如图 7 所示。图 5 图 612图 73.3.43.3.4 显示电路的设计显示电路的设计译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、Q0 的 4 种工作状态翻译成甲、乙车道上的 6
8、 个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表 3 所示。表 3Q1Q0AG AY ARBG BY BR000111101 0 00 1 00 0 10 0 10 0 10 0 11 0 00 1 013利用表 3 数据，可得AG=Q1Q0 AY=Q1Q0 AR=Q1BG=Q1Q0 BY=Q1Q0 BR=Q1则可得显示电路为下图 8：图 8144 4 软件仿真软件仿真4.14.1 仿真电路图仿真电路图154.24.2 仿真过程及结果仿真过程及结果发光二极管按正常顺序显示，LED 的等待计时也很正确。165 5 安装调试安装调试5.15.1 安装调试过程故障分析安装调试过程
9、故障分析（1）脉冲频率问题用公式 f=1（R1+2R2）C2 得出的频率为 1Hz，但在 Multisim软件中用示波器根本无法显示明显的脉冲。但将频率设置为 100Hz 左右时便可得脉冲。（2）清零信号问题当我将清零信号接在的 CLR上的时候，发现无法进行正常清零。用示波器显示，发现接在第二片上的信号脉冲宽度太窄，无法实现清零。于是我试着用了个触发器，效果不错，但明显增加了器件，我又试着将信号接在 LD上，发现能够实现清零。176 6 结论结论通过这次的课程设计，我发现了自己的很多缺点不足，以及知识漏洞，看到了自己缺乏的实践经验，理论结合实际的能力还急需提高。在课程设计过程中，光有理论知识是
10、不够的，一些实践中的经验知识还很必要，连接电路还必须要很细心。仿真练习的通过必须查阅好各个芯片的引脚图，知道一个芯片的共有几个引脚，线比较多，仿真的时候一定要全神贯注。当结果发生错误的时候不要急躁，要学会静下心来，慢慢理解检查，改正错误。本次课程设计加深了我对电路设计的理解，提高了综合知识能力，还学会了报告论文撰写格式。187 7 使用仪器设备清单使用仪器设备清单1. 四位二进制加法计数器 74LS1602. 双四选一数据选择器 74LS1533. 四输入与门 74LS084. 六输入非门 74LS045. 双 D 触发器 74LS746. 发光二极管红、绿、黄7. 电阻若干8. 电容若干19
11、8 8 参考文献。参考文献。1. 马学文，李景宏.电子技术实验教程.北京：科学出版社.20132. 李景宏，王永军编著.数字逻辑与数字系统.北京：电子工业出版社，20123.高吉祥，易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，20024.陈大钦编著. 电子技术基础实验. 北京：高等教育出版社，2000209 9 收获、体会和建议收获、体会和建议本次课程设计着重锻炼了我的思维能力与检查错误的能力。通过这次的课程设计，首先让我懂得了交通灯的设计原理，明白了灯交替闪烁与数码管计数内部是如何通过硬件组合来实现的，大致上让我掌握了555 谐振电路脉冲产生、十进制计数器、数据选择器、D 触发器、编码器等芯片的原理及具体组合应用。电路仿真是做得比较累，线路比较复杂，用了接近一天时间，开始没出理想结果，然后也用了将近一天找错误查原因，发现是有一些引脚忘记接上，脉冲太快且不稳定，换了个大电阻和大电容才行，最后又发现芯片错了，又换了芯片，才出结果。总结下来，觉得最能学东西的是在找错误的过程中，通过电路接电源后的现象查出其中出错的原因并加以改正，不懂的就跟其他人一起商讨，当自己仿真软件接好电路成功那一刻那种成就感很满足，这是一次很有意义的课程设计！21
