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1、数字电子课程设计报告专 业： 电气信息工程 班 级： * 小组成员： *指导教师： * 二零一一年三月二十八日交通灯控制电路一、 系统概述一、设计任务与要求 1、能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯; 2、能实现正常的到计时功能 用一组数码管作为东西或南北任一方向的到计时显示，主干道每次放行（绿灯）20秒，支干道每次放行（绿灯）24秒，在每次由绿灯变成红灯的转换过程中，要亮黄灯5秒作为过渡。3、能实现特殊状态的功能（选做）（1）具有夜间显示状态，夜间双向均为黄灯闪烁（2）用LED发光二极管模拟路口汽车驾驶情况4、完成电路全部设计
2、后，通过实验箱验证设计课题的正确性 二、实验预习要求1复习数字系统设计基础。 2复习所需芯片的管脚图及功能。3根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图、模拟仿真图。 4.调试要求：分模块调试，记录调试情况。三、交通灯功能模块的划分交通灯控制电路主要由控制器、数显电路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显示电路和控制器的标准时钟信号源，数显电路由十进制可逆计数器主要构成，控制电路是系统的主要部分，由它控制交通灯及数显电路工作。图1 设计草案二、单元电路的设计与分析1分析系统的逻辑功能，画出其框图 信号转换状态1：南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；东西方向车道的红灯亮，车道，
3、人行道禁止通行。状态2：南北方向车道的黄灯亮，车道、人行道缓行；东西方向车道的红灯亮，车道、人行道禁止通行；状态3：南北方向车道的红灯亮，车道、人行道禁止通行；东西方向车道的绿灯亮，车道、人行道通行；状态4：南北方向车道的红灯亮，车道、人行道禁止通行；东西方向车道的黄灯亮，车道、人行道缓行；交通灯控制系统的原理框图如图所示。系统框图方案特点道路较窄而车辆通行较多，支线、干线的车辆通行时间不等，允许人工监控或修改各线通行时间，同时设有道路应急控制。十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间，并且能够在人监控状态下，干道、支道通行时间通过键盘修改或通过开关人为控制。 本设计在很多
4、方面，比如译码器的选择，定时器选型，程序调用方式等等尽量做到不与本组其他成员雷同，程序编制力求简便清晰，硬件连接图在保证每根具体用到的管脚线都能被表示出来的同时，力求线路连接清晰明确，尽量不使线与线之间过于缠绕。并且保证了电路工作的稳定性，同时加入了人工控制线路，可以更好的处理应急事件（如交通管制），晚上的黄灯闪烁对于夜间行驶的汽车起到提醒作用。主要构成它主要由控制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控制器的标准时钟信号源，计数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2画出交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）（1
5、）图南北绿灯亮，东西红灯亮。表示南北上的车辆允许通行，东西禁止通行。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）南北黄灯亮，东西红灯亮。表示南北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，东西禁止通行。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）南北红灯亮，东西黄灯亮。表示甲车道禁止通行，东西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）南北红灯亮，东西黄灯亮。表示南北禁止通行，东西上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄
6、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，控制器应送出东西南、北方向红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定表1 控制器工作状态及功能控制状态 信号灯状态 车道运行状态S0（00）南北绿，东西红 南北通行，东西禁止通行S1（01）南北黄，东西红 南北缓行，东西禁止通行S3（11）南北红，东西绿 南北禁止通行，南北通行S2（10）南北红，
7、东西黄 南北禁止通行，南北缓行AG=1：南北绿灯亮；BG=1：东西绿灯亮；AY=1：南北黄灯亮；BY=1：东西黄灯亮；AR=1：南北红灯亮；BY=1：东西红灯亮； S0 CAR=1 c=1001111 CAR=0 S1 S4 c=1001111 CAR=1 c=1001010 S3 S2 c=0101100 c=1001010 c=01100013单元电路的设计（1）定时器 定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先置数24，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从24开始进行减1计数，向控制器提供模4的定时信号TY和模24的定时信号TL。
8、计数器选用集成电路74LS168进行设计。图2 交通灯的ASM图CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。由两片74LS168串联组成的定时器电路如图4所示。 图3 74LS168的外引线排列图和时序波形图表2 74LS168功能表 74ls48功能图 数码显示译码器（1）七段发光二极管（LED）数码管。LED数码管是目前最常用的数字显示器，图3.5（a）、图3.5（b）为共阴管和共阳管的电路，图3.5（c）为两种不同出线形式的引出脚功能图。（a） 共阴连接（“1”电平驱动） （b）共阳连接（“0”电平驱动）（c） 符号及引脚功能图3.5 LED数码管一个LED数码管
9、可用来显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为22.5V，每个发光二极管的点亮电流在510mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 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。 2画出交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）
10、（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。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）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。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，乙车道禁止通行。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 定时器电路图 （2）控制器 控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TL 0，则控制器保持在0
11、0状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。 控制器经由双D触发器74LS74得到，获得所需4倍频时钟信号。控制器的逻辑图如图5所示。图中R、C构成上电复位电路 。控制器逻辑图时钟输入到4分频那部分74ls74功能介绍 74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入（D）、置位输入（）复位输入（）、时钟输入（CP）和数据输出（Q、）。、的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。当、均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输
12、出端。74ls74功能表: 输 入输 出SDRDCPDQn1Qn10110100100111101100111QnQn4. 时钟控制电路 时钟控制电路是由555定时电路控制的。利用的是555构成的多谐振荡器。由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端 Ct 放电，使电路产生振荡。电容C在和之间充电和放电。输出信号的时间参数是 Ttw1tw2， tw10.7(R1R2)C， tw20.7R2C 555电路要求R1 与R2 均应大于或等于1K ，但R1R2
13、应小于或等于3.3M。 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力这个555多谐振荡器是整个电路的时钟信号。要使电路的时间脉冲时间为一秒，则应使图中的R1为82K欧，R2为33K欧，电容C为10UF。时钟控制电路图5、扭环形电路扭环形电路图图为由74ls164以为寄存器构成的扭环形电路，来控制电路中东西南北的红绿灯亮的顺序。下图为74ls164引脚信息74ls164功能表符号引脚说明DSA1数据输入DSB1数据输入Q0Q336输出GND7地 (0 V)CP8时钟输入（低电平到高电平边沿触发）/M/R9中央复位输入（低电平有效）Q4Q71013输出VCC14正电源罗亩的笔记三、电路的安装与调试一、实验仪器设备 1 数字电路实验箱（面包板） 2 集成电路74LS168 74LS74 74LS32 74LS00 74LS20
