交通灯控制电路设计报告

课程设计（大作业）报告

课程名称：数字电子技术

设计题目：交通灯控制电路设计

院系：信息技术学院

班级：2012计算机科学与技术2班

设计者：

学号：

指导教师：

设计时间： 2013.12.23--2013.12.27

信息技术学院

昆明学院课程设计（大作业）任务书

姓名：院（系）：信息技术学院

专业：计算机科学与技术学号：

任务起止日期：2013.12.23-2013.12.27

课程设计题目：交通灯控制电路设计

课程设计要求：

设计交通逻辑控制电路，来实现十字路口的自动交通控制。

完成一个交通灯控制路设计、系统仿真，实现以下功能：一个具有主、支路的路口。

（1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。

（2）当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。

（3）主支干道交替允许通行，主干道每次放行25秒、支干道25秒。设计25秒计时显示电路。

（4）在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5秒的黄灯作为过渡，设置5秒计时显示电路。

工作计划及安排：

1、查阅资料1天。分析比较、选择设计方案；

2、总体设计2天。设计计算、元件选取、绘制电路原理图；

3、软件仿真及调试0.5天。利用Proteus软件构建电路，进行虚拟仿真;

4、故障排除0.5天。根据调试过程中出现的问题，逐一查找原因，排除故障，使电路达到设计要求；

5、撰写课程设计报告0.5天。写出设计思路、工作原理，画出电路结构框图，绘出电路原理图，给出设计参数及调试电路数据，分析设计中遇到的问题和解决方法及设计心得体会；

6、答辩0.5天。

指导教师签字年月日

课程设计（大作业）成绩

学号：姓名：指导教师：

课程设计题目：交通灯控制电路设计

总结：经过一周数字电子技术的课程设计,完成了交通灯控制电路。通过这次数字电子技术课程设计，使我对数字电子技术在实践中的应用有了更深刻的理解。通过一周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数字电子技术的应用技术，以及数字电子技术的知识和有关电子元件的应用。我更深刻体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。

在设计的过程中,培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。让我体会到了设计的艰辛，同时更让我体会到成功的喜悦和快乐。这次课程设计,使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。经过这次课程设计，我学到很多东西。但同时也发现了很多自身的不足,有限的知识不足以解决在学习生活中所遇到的系列问题。同时，也感谢老师在课程设计中的耐心指导。

指导教师评语：

成绩：

填表时间：指导教师签名：

一、设计目的............................................................. 5

二、设计要求和设计指标.................................................... 5

三、设计内容.............................................................. 5

3.1 交通灯控制电路的工作原理............................................ 5

3.2主要器件........................................................... 11

3.3仿真结果分析....................................................... 11

四、本设计改进建议....................................................... 12

五、总结................................................................. 12

六、主要参考文献......................................................... 13

一、设计目的

为了确保十字路口的车辆顺利、畅通得通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。

在学完《数字电子技术基本教程》之后，集中一周时间，进行复杂程度高、综合能力较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求到达以下目的：

1、进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；

2、熟悉并掌握Proteus仿真技术，能独立完整地设计一定功能的电子技术，以及仿真和调试等的综合能力；

3、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法，提高电子电路的设计和实验能力；

4、熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。

二、设计要求和设计指标

运用Proteus仿真技术，独立完整地设计一定功能的电子技术，以及仿真和调试等的综合能力。及设计一个交通逻辑控制电路,实现十字路口的自动控制.

1、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。

2、当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。

3、主支干道交替允许通行，主干道每次放行25秒、支干道25秒。设计25秒计时显示电路。

4、在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮25秒的黄灯作为过渡，设置5秒计时显示电路。

三、设计内容

3.1 交通灯控制电路的工作原理

该电路主要由控制器、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。如下图1所示为交通灯控制电路系统原理图

图1.交通灯控制系统原理图

定时器

定时器（图2）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作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号和模25的定时信号。

计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。74LS160是十进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。RD’是低电平有效的同步清零输入端，LD’是低电平有效才同步并行置数控制端，，RCO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。

图2.定时器原理图

秒脉冲发生器

秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R8=168K、R9=15K,C3=10uF的电阻电容值决定了脉冲宽度。既T=(R8+2R9)C2ln2当T=1S，即可凑出R8、R9、C3其中C3=0.01uF是为了保持输出的波形的稳定。

如图3所示， R9=15K、C3=10uF组成一个串联RC充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C3上得到一个三角波。此三角波送到NE555的2脚输入端。由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。

图3.秒脉冲发生器原理图

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。列出控制器的状态转换表，如下所示。选用两个D触发器74LS74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00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，就可以列出了状态转换信号ST。

可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q₁ⁿ⁺¹、Q₀ⁿ⁺¹和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：

注: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，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。

根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。

原理图如图4

其原理为： CLK分别送给U6A和U6B的3和11的清零端。将TY接入U4的5和U5的4和5；TY非接入U4的4。如图3所示：74LS74两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到74LS153的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。

图4.交通灯控制器

译码电路

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6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如下表所示。表中A、B代表甲、乙车道。

表2 控制器状态编码与信号灯关系表

由秒脉冲发生器产生了周期性变化的CLK脉冲，一部分送给了定时器的74LS160芯片，另一部分送给了控制器的74LS74芯片。在脉冲ST同时加到定时器74LS160芯片的情况下，通过芯片74LS10将会输出TY、TY非；TL、TL非。即TY和TY非放大的结果是秒脉冲的5倍；TL和TL非放大的结果是秒脉冲的25倍。TY非、TL非分别作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脉冲置于芯片74LS74中会输出高低变化的电平。控制器中的信号在送给由芯片74LS08组成的译码器后再通过电路中的指示灯和200欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。电路图设计如下图5所示：

图5.译码器原理图

显示部分

显示部分由74LS48和共阴极七段数码管组成，74LS48作为译码器，对74LS160的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS160的计数。即交通灯需要显示的时间。其设计如图6所示：

图6.74LS48和数码管

3.2主要器件

3.3仿真结果

仿真图

图7.整体图（右数从上三个为甲车道,后三个为乙车道）

结果分析:接上电源,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，甲车道方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行；乙车道方向车道的红灯亮，车辆禁止通行。时间显示器从预置的0秒，以每秒增1，增到25到0时，甲道的绿灯转换为黄灯，其余灯都不变。从增至5秒又到0后时甲车道的黄灯转换为红灯；乙车道的红灯转换为绿灯。如此循环下去。

四、本设计改进建议

1、计时是正计时，未能设置成倒计时；

2、线路多易混淆。

3、没有置数功能。

五、总结

经过一周数字电子技术的课程设计,完成了交通灯控制电路。通过这次数字电子技术课程设计，使我对数字电子技术在实践中的应用有了更深刻的理解。通过一周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数字电子技术的应用技术，以及数字电子技术的知识和有关电子元件的应用。我更深刻体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。

六、主要参考文献

1、康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1999年

2、罗杰等编. 电子技术基础试验. 北京：高等教育出版社，20##年

3、金唯香等编. 电子测试技术. 长沙：湖南大学出版社，20##年

4、阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，20##年。

第二篇：交通灯课程设计报告

交通灯课程设计报告

1引言

2设计任务与要求

3总体方案设计

（1）设计思路

（2）设计原理及参考框图

（3）交通灯控制时序图

4系统硬件设计部分

（1）时间秒脉冲发生器

（2）60s、30s、5s计数器（及定时电路）

（3）主控电路

（4）红黄绿交通灯控制电路

5交通灯控制电路设计的总体电路图

6体会

7主要参考元器件

8参考文献

交通灯课程设计报告

1 引言

当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。

电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

2设计任务与要求：

（1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯，用传感器或逻辑开关代替传感器作检测车辆是否到来的信号，设计制作一个交通灯控制器。

（2）由于主干道车辆较多，而支干道车辆较少，所以主干道处于常允许通行的状态，支干道有车才通行。

（30）当主干道均有车时，要求主干道与支干道交替通行。主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为60s。支干道通行时，支干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30s。

（4）每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5s。此时另一路口红灯也不变。

（5）要求在绿灯亮（通行时间内），和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。

3总体方案设计：

（1）设计思路

系统中要求有60s、30s和5s三种定时信号，需要设计三种相应的倒计时显示电路。定时的起始信号由主控电路给出，定时时间结束的信号也输出到主控电路，并通过主控电路去启动或关闭交通灯。

主控电路是本设计的核心，它的输入信号来自60s、30s和5s三个定时信号。主控电路的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路的启动。主控电路属于时序逻辑电路，应该按照时序逻辑电路的设计方法进行设计。也可采用存储电路去控制交通灯，即将传感信号和定时信号经过编码所得的代码作为存储器的地址信号，由存储器数据去控制交通灯。

（2）设计原理及参考框图

交通灯控制电路原理框图如下：

根据要求，该控制电路应该具有计时功能，即60s、30s和5s的计时及倒计时功能。通过对秒脉冲的计数器，实现红、黄、绿三种颜色灯的交替显示，因此需要计数器及各种逻辑门及触发器。由于要有时间提示的数字显示，即根据红绿灯的时间进行倒计时显示，这就需要数码管、译码器等显示、控制器件。综上所述，设计电路应括主控电路、定时电路、译码显示电路以及秒脉冲信号发生器。

（3）交通灯控制时序图：

设主干道的绿、黄、红交通灯分别用字母AG、AY、AR表示，支干道的绿、黄、红交通灯分别用字母BG、BY、BR表示，S表示支干道上传感器传来有车的信号，TL表示60s时间，TS表示30s时间，TY表示5s的时间，ST表示信号的确认。