交通灯控制逻辑电路设计实验报告

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1、电子技术课程设计报告交通灯控制逻辑电路设计作品40%扌艮告20%答辩20%平时20%总分100%设计题目：交通灯控制逻辑电路设计班级学号：学生姓名：一、预备知识 二、课程设计题目：交通灯控制逻辑电路设计错误!未定 义书签。三. 课程设计目的及基本要求四、设计内容提要及说明5五、原理图及原理错误!未定义书签。六、课程设计中涉及的实验仪器和工具错误！未定义书 签。七、课程设计心得体会8八、参考文献10电子技术课程设计报告一、预备知识1、CD40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有淸除和置数等 功能，其引脚排列及逻辑符号CD40192 （同 CC40192 74LS192）说明如下：

2、当淸除端CR为高电平“1”时，计数器直接淸零;CR置低电平则执行其他功能。当 CR为低电平，置数端也为低电平时，数据直接从置数端J1、J2、J3、J4置 入计数器。引脚功能：LD （11脚）一置数端CU（5脚）一加计数端CD（4脚）一减计数端 CO （12脚）一非同步进位输出端B013脚）非同步借位输出端。J1、J2、J3、J4 计数器输入端.Q1、Q2、Q3、Q4数据输出端CR （14脚）一清除端.当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端 CD接高电平，计数脉冲由CU输入；在计数脉冲上升沿进行8421码十进制加法 计数。执行减计数时，加计数端CU接高电平，计数脉冲

3、由减计数端CPD输入。2、CD4511 芯片CD4511是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD码一七段码译 码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电 路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511是一片CMOS BCD 锁存/7段译码/驱动器，引脚排列如图2所示。其中abed为BCD码输入， a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示 器一直显示数码“8” ,各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐 功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特

4、点，当输入数据越过十进制数9（1001）时，显示字形也自 行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是7段输 出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数6”时，a段消隐；显示数 “9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 图3是CD4511 和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每 级输出接一只CD4511和LED数码管即可。所谓共阴LED数码管是指7段 LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取， 电源电压5V时可使用300 Q的限流电阻。用CD4511实现LED与单片机的并行 接口方

5、法二、课程设计题目：交通灯控制逻辑电路设计为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信 号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停 车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的系统框图如图所示。交通灯控制器系统框图三、课程设计目的及基本要求1、满足顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG,东西方向的红、 黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWGo它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红 灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮； 南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。南

6、北向黄灯亮，东西向红灯亮一占It南北向红灯亮，东西向绿灯亮一占5tI南北向红灯亮，东西向黄灯亮一占ItIIt为时间单位交通灯顺序工作流程图2. 应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、 绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序 工作流程图如图所示。图中，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分 别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮 的时间之和，黄灯是间歇闪榷。012345678910 110123456LrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLn_njTnjTn_n_-TT

7、1TL3. 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。具体 为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至 减到数为0”，十字路口红、绿等交换，一次工作循环结束，而进入下一步某 方向的工作循环。例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为18,并使数显 计数器开始减1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显得值应为3, 当减到“0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿 灯亮，并置东西方向的数显为18。4. 可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪榷。5. 在完成上述任务后，可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。（

8、1）在某一方向（如南北）为十字路口主干道，另一方向（如东西）为次 干道；主干道由于车辆、行人多，而次干道的车辆、行人少，所以主干道绿灯亮 的时间可以选定为次干道绿灯亮时间的2倍或3倍。（2）用LED发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的 发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移 位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表 示这一方向的车辆行驶）。四、设计内容提要及说明1、根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图，设计方案可 以从以下

9、几部分进行考虑。分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯控制系统的原理框图如图所示。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二1,否则，TL二0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY二1,否则，TY二0。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

10、的定时。2、画出交通灯控制器的ASM （Algor ithmic State Machine,算法状态机）（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,转到下一工作状态。(3) 甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车 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

11、工作状态。(4) 甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过 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、1K 10,并分别用SO、SK S3、S2表示，则控制器的工作 状态及功能如表12、1所示，控制器应送出甲、乙车道红、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。秒脉冲和分频器因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:1:6,

12、所以，若选 4秒(也可以3秒)为一单位时间，则计数器每计4秒输出一个脉冲。这一电路 就很容易实现，逻辑电路参考前面有关课题。交通灯控制器由波形图可知，计数器每次工作循环周期为12,所以可以选用12进制计数 器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中 规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。扭环形计数器的状态 表如表所示。状态表计数器输出南北方向东西方向Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5NSG NSY NSREWG EWY EWR0000001000011000001000011000001000011110001000011111001000011

13、111100t0001111111001100011111001100001111001100000111001100000011001100000000100101k 01根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式:东西方向绿：丘呵二型仑黄 EWY=Q- Q5 EVY = EW Y- CPI)红：ewr=q；x jr * / 込 NSG = Qa O5南北万向绿：3黄 EWY= Q4 - Q(NSYf = NSY CPl)红：nsr = q,由于黄灯要求闪榷几次，所以用时标1s和EWY或NSY黄灯信号相与”即 可。3、显示控制部分显示控制部分实际上是一个定时控制电路。

14、当绿灯亮时，使减法计数器开始 工作(用对方的红灯信号控制)，每来一个秒脉冲，使计数器减1,直到计数器 为“0”而停止。译码显示可用74LS248 BCD码七段译码器，显示器用LC5011-11 共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS193 等。手动/自动控制，夜间控制这可用一选择开关进行。置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使交通灯在 某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。夜间 时，将夜间开关接通，黄灯闪亮。五、原理图及原理说明1、原理说明（1）单次手动及脉冲电路单次脉冲是由两个与非门组成的RS触发器产生的，当按下K1时，有一个脉 冲输出使74LS164移位计数，实现手动控制。K2在自动位置时，由秒脉冲电路 经分频后（4分频）输入给74LS164,这样，74LS164为每4秒向前移一位（计 数1次）。秒脉冲电路可用晶振或RC振荡电路构成。（2）控制器部分它由74LS164组成扭环形计数器，然后经译码后输出十字路口南北、东西 两个方向的控制信号。其中黄灯信号必须满足闪權，并在夜间时，使黄灯闪