河北联合大学

20##级本科课程设计

交通灯定时控制系统的设计、制作

课程设计报告

姓    名：  

学    院：信息工程学院   

专    业：电子信息科学与技术 

学    号：   

指导教师：     

20##年 11月 17日

目        录

一、  内容摘要……………………………………………1

二、  设计内容及要求……………………………………1

三、  总设计原理…………………………………………1

四、  单元电路的设计……………………………………5

1、  脉冲发生器的设计………………………………5

2、  计数电路的设计…………………………………6

3、  控制电路的设计…………………………………6

4、  显示电路的设计…………………………………7

五、  设计总电路图………………………………………8

六、  调试电路的主要仪器………………………………8

七、  设计过程中的问题及解决方案……………………8

八、  心得体会……………………………………………9

九、  附录…………………………………………………9

交通灯定时控制系统的设计、制作

一、内容摘要：

   在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，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。

二、设计内容及要求：

设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：

（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。

（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。

（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。

选做扩展功能：

（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；

（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。

三、总设计原理：

（1）分析系统的逻辑功能，画出其框图

交通灯定时控制系统的原理框图如图1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=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一个工作状态的定时。

（2）画出交通灯控制系统的ASM（算法状态机）图

一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1：

                             表1

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，并作如下规定：

AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；

AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；

AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。

由此得到交通灯的ASM图，如图2所示：

   （3）单元电路的设计

①定时器

定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号ST作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，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TY和模25的定时信号TL。

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。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表2所示：

                              表2

根据转换表可得：

Q1*=Q1’Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0’Ty’

Q0*=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0+Q1Q0Tl’

ST=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0’Ty

③译码器

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、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。

               表3

四、单元电路的设计：

1、脉冲发生器的设计

以555定时器接外接电路形成多谢振荡器，发出频率为1Hz的脉冲信号，用作计数器及D触发器的clk信号。555定时器引脚图如图1所示，由脉冲频率公式：

f=1／（R1+2R2）C㏑2

要使f=1Hz，可选择R1=44.2K，R2=47K，C=10μF，形成电路图如图2所示。

    

                                             

                图1                                      图2

2、计数电路的设计

用74ls160为计数器，74ls1630为四位的二进制加法计数器。要产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY，需将输出分别接成24及4的输出，由控制电路产生并选择清零信号ST。74ls160引脚图如图3所示，计数电路如图4所示。

                

           图3                                     图4

3、控制电路的设计

用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行选择，输出控制清零信号ST；另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。74ls153、74ls74引脚图如图5、6所示，控制电路如图7所示。

                                    

 

         图5                                  图6

                                图7

4、显示电路的设计

利用表3数据，可得

用74LS138译码,A-----Q0    B-----Q1  C-----1

              则有AG1=Y4  AY1=Y5 CLK   AR1=(Y7Y6)’ 

                  AG2=Y6   AY7=Y5 CLK   AR2=(Y4Y5)’ 

则可得显示电路为下图8：

                 图8

五、总设计电路图

                                 图9

六  主要仪器及其使用方法

主要仪器有：稳定电源，剥线钳，数字万用表，数字通用版，电烙铁，镊子。

其中稳定电源由手机电池充电器供给。使用电烙铁时注意不要手直接触摸。

七  设计过程中的问题及解决方案  

  1、画好电路图，我用的是proteus 仿真,便于观察结果与出错原因,其中也出现了不少问题.

   （1）元件的虚接

有些器件我是直接把其引脚放在线上,所以出现了显示灰色信号,开始一直没有发现,用了很长时间才解决问题

（２）芯片使用时设计错了逻辑

   我的74LS153的数据弄错了高低,所以导致一直是0-4跑的现象,也就是说St信号一直为低电平。

2、焊电路板过程中的问题

（1）第一次焊的时候，接地与接高电平都因为其中有铜线,导致我在这些位置浪费了很多时间,而且板子也焊得不好看.

（2）我开始用的是74LS04与74LS06的非门与与非门，电路总是出现问题，所以后来改用了74LS00与74KLS02

（3）事先要把线路图整理清楚，焊的板子才会脉络清晰，检查错误也比较方便，外观也比较美观。

（4）我最后加了一个复位器，因为74LS74容易受到干扰，不能自动复位。

八、心得体会

   我不是一个很细心的人，所以在焊接的时候，很容易犯错，但是由于我是一个个模块进行检验再接着下一个模块，所以，最后检察问题时，没有那么迷惘。可能在这方面的能力仍然有待进步，所以我花费的时间比别人的多，而且最后出现的问题实在自己无法解决，还找了同学帮忙，但是，我一直一个人坚持到了最后，一直在发现问题，解决问题，到最后，虽然分数不大理想，但是我对自己的态度还是很肯定的。

   对于这一次的收获，首先是自己独立处理这类设计的精神，其次仍然是自己发现问题解决问题的能力有所提升。还有就是对自己细心程度的提升。

九、附录

1、所用芯片及其参数：

2、参考资料

数字电子技术基础（第五版）————高等教育出版社

常用芯片引脚图——网络