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1、数字电子技术课程设计课 题：交通信号灯的控制电路班 级：电气4班学 号： 631224060423学生姓名： 魏伟峰指导教师： 谭丹平 目 录前言.3课程设计的要求和主要内容.4主控制器电路的设计.6计时器的设计.12译码驱动电路的设计.14采用的原件.15附录 前 言红绿灯（交通信号灯）系以规定之时间上交互更迭之光色讯号，设置于交岔路口或其他特殊地点，用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人，管制其行止及转向之交通管制设施。为一由电力运转之交通管制设施，以红、黄、绿三色灯号或辅以音响，指示车辆及行人停止、注意与行进，设于交岔路口或其他必要地点。电子技术课程设计是将课堂上学到的模电和数电理论和实
2、践结合起来的一个良好平台。 在许多领域中数字控制器均得到普遍应用，诸如在定时报警器、倒计时器，交通信号灯，控制器等等。 现如今，随着人口和汽车的日益增长，城市交通日益拥挤，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。交通信号灯常用于十字路口，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。 自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自
3、动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。 本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,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。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。本实验设计目的是培养数字电路的能力，掌握交通信号灯控制电路的设计方法。 用Protues软件进行仿真，易修改电路元件，调整电路参数，比直接焊电路省了好多事。在焊电路前用仿真就行理论验证很意义，也是很有必要的。 整个电路的设计借助于Prot
4、ues仿真软件以及数字电路相关理论知识，并在Protues下设计和进行仿真，得到了预期的结果。 电子技术课程设计一、设计指标及要求题目：交通信号灯控制电路的设计要求：1.主干道经常通行; 2.支干道有车才通行： 3.主、支干道均有车时，两者交替通行，并要求主干道每次至少放行30秒，支干道每次至多放行20秒； 4.每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5秒钟（此时原红灯不变）。 电路方框原理图 本设计重点要求是设计出主控制器、计时器。传感器信号可以用逻辑开关代替，信号灯可以采用发光二级管，“秒”信号脉冲可以用1Hz脉冲信号代替。二、 课程设计说明书的主要内容（字数；40005000字）： 1、设计任务及
5、主要技术指标和要求； 2、每个单元电路的详细设计计算，元器件选择，电路图等； 3、整体电路的工作原理说明； 4、用EWB或Multisim绘制原理图，仿真。主控制器的设计从所给的题目可知，本实验电路的设计师关于交通信号灯电路的控制，其中要求中提到支道有才通行，主道是要经常通行，则此时主道应该为绿灯，支道应该为红灯。当支道和主道都有车要通行时，则主道和支道交替通行，且当绿灯变红灯需经过黄灯，二红灯变绿灯则不需要。根据题目要求可分为4种情况：1. 主道为绿灯时，支道为红灯；2. 主道为黄灯时，支道为红灯；3. 主道为红灯时，支道为绿灯；4. 主道继续为红灯时，支道转为黄灯；按照这4个状态循环一、状
6、态分析 由于有四种状态2n=4,则n=2。我们可以确定主控制器中必须有两个触发器。本实验中选择的是74109的JK触发器。 接下来设计具体的电路，按以下几个步骤：把主道为红，支道为绿,记为状态S0；把主道为黄，支道为红,记为状态S1；把主道为红，支道为绿,记为状态S2；把主道为红，支道为黄,记为状态S3；二、状态表S0用“00”表示，S1用“01”，S2用“10”，S3用“11”，则可列出下表 主支状态记为绿红S000黄红S101红绿S210红黄S311 表 1结合题目分析上表可知，1.当电路处于S0有两种可能：主干道有车支干道无车；主干道和支干道都有车但是没过30。2.当电路处于S1时，没过
7、5。3.当电路处于S2时也有两种可能：支干道有车，主干道无车；主、支干道都有车但是没过20。4.当电路处在S3时，没过5。5.当由S0转换为S1时的条件是：主干道无车，支干道有车；主干道和支干道都有车但是过了30。6.当由S1转换为S2时的条件是过了5。7.当由S2装换为S3时的条件是：支路无车，主干道有；主支都有但是过了20。8.当由S3装换为S0时的条件是：过了5。三状态转换图 根据上诉4种状态可以列出下面的状态转换图： 图2四、逻辑抽象1.对主干道与支干道有无车进行抽象，令主干道有车时记为A=1，无车时记为A=0;支干道有车时记为B=1，无车时记为B=0；有车无车主（A）10支 (B )
8、10 表22. 对30，20，5是否到来进行抽象，令30到来时记为L=1，没到记为L=0; 20到来时记为S=1，没来记为S=0； 5到来时记为P=1，没来记为P=0;到来未到30（L）1020（S）105（P）10 表3则图二可以转换为： 图三五、状态转换表由图三可以列出相应的状态装换表，如下所示：ABLSPQ2Q1Q2*Q1*X0XXX0000110XX000001XXX0001111XX0001XXXX00101XXXX1011001XXX101011X0X101010XXX101111X1X1011XXXX01111XXXX11100 表四六、列出逻辑函数式运用Multisimz中的逻
9、辑转换功能（Logic Converter）可以分别计算出Q2*，Q1*的最简逻辑式如图四，图五所示：Q1*的化简结果： （图四）Q2*的化简结果： （图五） 由上图可知Q1*=ABFG+ABFG+EG+BCFG+ADFG=ABQ2Q1+ABQ2Q1+PQ1+BLQ2Q1+ASQ2Q1Q2*=AFG+EFG+EFG+BFG=AQ2Q1+PQ2Q1+PQ2Q1+BQ2Q1 Q1*，Q2*为主控制器的输出，因为输出方程式驱动方程带入JK触发器的特性方程得出的，所以可以分离出JK触发器的驱动方程：JK触发器的特性方程为：J=JQ+KQ,则：Q1*=ABFG+ABFG+EG+BCFG+ADFG=ABQ
10、2 Q1+ABQ2Q1+PQ1+BLQ2Q1+ASQ2Q1=(ABQ2+ABQ2+ASQ2+BLQ2)Q1+PQ1Q2*=AFG+EFG+EFG+BFG=AQ2Q1+PQ2Q1+PQ2Q1+BQ2Q1=PQ1Q2+(AQ1 +PQ1+BQ1)Q2从上式中可得：J1=ABQ2+ABQ2+ASQ2+BLQ2 K1=P; J2=PQ1 K2=AQ1 +PQ1+BQ1;七、选用芯片，按要求连接电路选用74109JK触发器，将J1，K1所表示的电路接入第一块芯片的1J与1K，J2，K2接入第二片的2J,2K上，两块芯片的CLR不接，VCC接高电平，GND接地，时钟信号接同步的脉冲信号，信号脉冲频率为1H
11、z.上从上述驱动方程可以连接出以下电路图： （图6） 计时器电路的设计本实验的及时器有3种类型，30，20，10计时，而且每个计时器响应时相应的条件也不相同，所以需要3种不同的及时器记录三种时间，本实验选用的是74160二进制计时器。Q2Q1一、计时条件 当电路进行及时时需要在一定的条件下进行： 当进行30记时条件是主干道和支干道均有车且处在So的状态 当进行20记时条件是主干道和支干道均有车且处在S2的状态 当进行5记时条件是主干道和支干道均有车且处在S1或者S3的状态 对应上述条件可列出计时的时候，不同时间的电路所需的逻辑条件： 进行30计时时，逻辑条件为ABQ2Q1 进行20计时时，逻辑条件为ABQ2Q1
