简易交通灯电路设计

课程设计说明书课程设计名称： 数字逻辑课程设计课程设计题目：: 简易交通灯电路设计学 院 名 称：信息工程学院专业： 计算机科学与技术班级：学号： 姓名： 评分： 教师： 20 10 年 9 月 16 日摘要随着社会经济快速发展以及现代社会人口的增加，顺应各种交通工具的 发展和交通指挥的需要，加强交通道路管理，减少交通事故的发生，提高道 路使用效率，此时交通灯便应运而生它已逐渐成为改善交通状况的一种重 要工具因此设计交通灯电路对我们的生活息息相关本次课题设计采用NE555产生计时信号，定时给出方波脉冲信号，同时 采用CD4017集成芯片实现三种信号灯的自动循环功能，以及利用或门真值表 功能实现简易交通灯的设计此简易交通灯可以而且仅可以控制一条交通道 路，主要实现红，黄，绿，红，黄，绿单向交通灯循环控制，但是同样可以 改动电路从而实现红，黄，绿，黄，绿双向交通灯循环控制；而在时间控制 上，红，黄，绿亮灯时间上取为2:1:2经过一系列分析准备，本次课题设计除了在手动控制上存在一些不足 外，已完成电路设计要求关键字：循环控制 计时电路 译码电路 NE555 CD4017目 录（页码要调整下）前 言 4第一章 设计内容与要求 5第二章 简易交通灯设计方案 52.1基本要求设计方案 ,52.2提高要求设计方案 ,6第三章 系统组成及工作原理 63.1 系统组成 63.2 工作原理 7第四章 简易交通灯设计方案单元模块电路设计 84.1电源电路 4.2译码电路 94.3 光源电路 104.3.1红黄绿单向循环 104.3.2红黄绿黄红双向循环 11第五章 实验调试和分析 12结论 13参考文献 14附录一 14附录二 1516附录三前言随着社会经济的发展，交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三 者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一放眼当今世 界交通管理领域，交通灯的开发与研究发展是实际应用最广泛，发展势头最 强劲，收到效益最明显的管理技术之一当人口增加，交通压力增大，其他 工具收效甚微的时候，更显示出交通灯所具有的独特优势和无比强大的生命 力本次设计便是以此为基础，利用各种门电路来实现交通灯的设计现如今，交通问题是影响我国经济发展的一个大问题，而交通道路问题的 核心就是对十字路口交通信号的控制因此，一些国家把交通信号控制研究 的重点放在城市交通干线和城市区域的控制上，可是效果并不明显因此， 结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的信号灯 系统是当前的主要任务，一最大限度减少交通拥挤状况，提高交通运行效率 从而缓解道路交通压力本次实验便是以数字电路设计为主数字信号在交通控制方面所占的比 重越来越重通过以下简易的交通灯电路的设计，可以清楚简洁地了解数字 电路的工作原理、设计方法以及运用此外，可以通过数字电路的设计方面 的知识，在次简易交通灯电路上进行要求更高，使用更广，难度更大的技术 性方面的开拓性的研究和发展第一章 设计内容与要求基本要求：1） 、3 个输出端分别表示红、绿、黄三灯，交通灯亮的顺序是红、黄、绿红、黄、绿单向循环点亮。

2） 、输出用发光二极管显示3）、三种灯亮的时间是红、绿灯每次亮10s，黄灯每次亮5s；提高要求：1） 、有3 个输出端分别表示红、绿、黄三灯，交通灯亮的顺序是红、黄、绿、黄、红依次循环点亮双向循环）2） 、具有手动控制功能，能使某种颜色的灯亮时间为定值；第二章 简易交通灯设计方案2.1 基本要求设计方案在得到题目，需要设计一个简易交通灯方案的时候，便开始着手查找书 本资料，同时在网上查找必要相关的可以值得借鉴的一些有针对性的材料进 行分析，从而得到一个一下设计方案：由 NE555 定时器定时提供脉冲方波信 号，芯片 CD4017，74LS32 以及有红黄绿三种不同颜色的发光二极管构成简易 交通灯的基本电路在这个方案中，由试验箱上的电源提供所需的 5V 电压，当接通的时候， 只要按下5V开关后，5V的直流电流便通过NE555转变成有固定频率的方波 NE555 上既存在固定电阻，也存在滑动电阻在此时，可以通过滑动变阻器 改变方波的频率从而改变三种灯亮的频率在本实验中，首先需要达到达到 五秒一个方波的固定频率，之后利用CD4017实现自动循环功能，这里CD4017 其中的 3、2、4、7、10、1、5、6、9、11 接线柱分别按照该芯片功能连接 74LS32 或门以及三个不同颜色的发光二极管。

这样就能达到红灯和绿灯分别 亮十秒，黄灯亮五秒并且按照红黄绿单向的顺序自动循环的设计要求2.2 提高要求设计方案在提高要求的设计方案之中，需要电路能够进行双向循环自动控制，按 照红黄绿黄红的顺序来进行显示在此，只需要对电路进行少许的改变便能 够达到目的在这个电路中，需要修改CD4017的接线柱与或门以及发光二极 管的连接顺序，便能够顺利进行双向循环控制另外，在进行手动功能的扩 充当中，按照既定的方案，在NE555与CD4017之间接入一与门，连接逻辑电 平，在理论上应该能够得到这项功能但是，在实际中，并没有达到很理想 的效果第三章 系统组成及工作原理3.1 系统组成 本系统主要是有脉冲产生定时电路（电源电路），译码电路，光源电路组 成通过脉冲电路产生固定频率，得到译码之后，在发光二极管当中将各种 不同的状态显示出来脉冲产生定时电路：NE555集成电路只需要通过简单 的电阻器以及电容器，便可完成固定的震荡延时作用，提供特定的方波信号， 产生特定的频率译码电路：本方案使用的为CD4017计算器，其具有10个 不同的译码输出端，本计数器只能在时钟上升沿进行计数；反之，计数功能 无效通过10译码输出端连接必要的门电路以及发光二极管，控制电路发光 特性。

光源电路：光源电路有必要的或门以及发光二极管组成，输出的时钟 脉冲不同时，不同颜色的发光二极管将显示其特有的颜色3.2 工作原理当打开电源开关后，直流电源就会通过NE555转变成有固定频率的方波 信号，然后每一个方波信号有固定时间间隔的传入CD4017中，控制灯亮以及 更换颜色，以此同时可以利用滑动变阻器来调节NE555发出方波的频率，在 此方案中需要的是五秒而红灯需要亮十秒，所以，此时需要用到或门，电 路方案中用到的或门是为了只需用三个灯，这样在视觉上就更容易观测了， 根据或门的真值表显示，只需一个有信号即=1，灯就可以亮，这样就达到了 灯既亮而且每个灯上都亮有固定的时间工作原理框图如下：第四章 简易交通灯设计方案单元模块设计4.1 电源电路图 4.1 图名？电源电路原理图如上所示NE555是一个用途很广且相当普遍的计时IC,只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之 脉波讯号NE555和电阻，滑动变阻器以及电容组成电源电路，它的4、8引 脚直接接电源5V的正级，2、6引脚并接在滑动变阻器上，7脚接电阻的一端, 3脚把有固定频率为5秒的方波信号输出在此基础上，打开实验想电源， 直流信号就通过NE555转变成5秒一次的方波信号并输出，转入下一级进行 控制。

4.2 译码电路coCPeNCr—Q016 Q3CD40Q勺GND141315 84.2 图名？译码电路由一块CD4017集成块组成CD4017是5位计算器，具有10个 译码输出端，CP，Cr，EN输入端时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形 功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制INH为低电平时，计算器在 时钟上升沿计数；反之，计数功能无效Cr为高电平时，计数器清零译码 输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平,在每10个时钟输入 周期 CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟该芯片上 10个输出端Q0〜Q9 （依次为3脚、2脚、4脚、7脚、10脚、1脚、5脚、6 脚、9脚、11脚）还有一个进位端CO，其功能是：当复位端Cr加上高电平 和正脉冲时，输出端Q0为高电平，其余9个输出端Q0〜Q9均为低电平时 钟输出端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，EN则对时钟脉冲的下降沿计数 Q0〜Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应如从0开 始计数，则输入到第1个时钟脉冲时，Q1就变成高电平，输入第2个时钟脉 冲时，Q2变成高电平……直到输入第10个时钟脉冲，Q0变为高电平。

同时, 进位端C0就输出一个进位脉冲，作为下一级计数的时钟信号Cr为复位端, 也为清零端当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q0为高电平，Q1〜 Q9为低电平如此反复，只要集成块NE555的3脚送来的二进制信号不消失, CD4017将二进制信号转换为十进制信号的计码工作就会反复进行下去4.3 光源电路光源电路时这个电路当中比较简单就能够设计的出来的一部分也正因为 它的简单性，便可得到多种不同的设计方案进行实验，都可以得到想要得到 的结果4.3.1 红黄绿单向循环这个方案采用红黄绿红黄绿六个发光二极管进行演示，并运用或门来实现电路转换功能其最后分别接上1K电阻接地二］1K——H11图 4.3图名？（图居中）此次的更改节约了一个红灯一个绿灯以及一个黄灯，在视觉上也得到了很 好的改善人眼可以清楚的观测到红黄绿灯发光二极管分别亮灯时间为10， 5,10秒，符合实验要求4.3.2 红黄绿黄红双向循环双向循环灯亮的次序是红、黄、绿、黄、红第五章 实验调试和分析实验调试可以分为静态调试和动态调试两步进行静态调试：1. 在实验老师处领到之后需要首先用万用表的蜂鸣挡来检测各跟导线 是否正常，因为在实验当中，连接的电路比较复杂，用到的导线也是比较多 如果在这之中，因为一跟导线不能正常工作而导致实验的失败是很难去检测 的出来的；2. 检测实验仪器和元器件是否完好。

在将相应的芯片插入到电路板插槽 之中时，需要利用万用表蜂鸣挡对个芯片进行检测及时发现错误，看各 个芯片是否能够正常工作； 3.对照电路原理图依次把电路接好，在接线时，没连接完一根芯片上的连线时，也 需要用万用表进行检测，这样是为了测试各接点是否连接号并能够导通， 避免之后更加复杂，麻烦的检测4•检查试验箱电源5V直流电压输出正常，发光二极管是否能够正常发 光，保证其完好动态分析：在进行完各个要点之后，接通实验箱5V直流电源，用示波器对NE555芯 片输出波形进行检验用示波器一根线分别连接555芯片输出孔接口导线， 另一根线则接地来进行检验，发现其输出的波形并非是规则的方波波形，而 是不规律的正弦波波形在出现这个问题之后，请教了几位同学并进行讨论 之后，并由他们来进行同样的检测，发现结果都是一样的之后，无奈之下 再次更换了555芯片，而此时却得到了正常的波形在犹豫之后，又用万用 表对第一块检验，才发现第一块已烧坏，可能就是刚接通电源的一刹那烧坏 了，摸了下该芯片，发现芯片的温度也好高，这才理解到芯片烧坏了，所以 才得不到正规波形之后，在进行手动控制的时候，发现当接的逻辑电平变 为低时，确实暂停的二极管灯亮，但是闪到黄灯的时候却总是跳到绿灯或者 红灯那里去，不会就暂停在黄灯。

如此反复连接了三遍，同样结果如此之 后查找一些资料，但是问题至今任然还没有得到解决结论1. 。