简易交通灯控制器的设计.doc

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课程设计(论文）

题 目 名 称 简易交通灯控制器的设计
课 程 名 称 电子技术课程设计
学 生 姓 名
学 号
系 、专 业 电气工程系、09自动化
指 导 教 师 唐宏伟

2011年 12 月 10 日

课程设计（论文）任务书
年级专业

学生姓名

学 号

题目名称
简易交通灯控制器的设计
设计时间
2011年12月
课程名称
电子技术课程设计
课程编号
121202306
设计地点
电气楼 电子实验分室、机房
一、 课程设计（论文）目的
通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较,以及单元电路设计计算等环节，进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础.
二、 已知技术参数和条件
系统电路的构成只能用分立元件、或中规模集成芯片，不能采用单片机

三、 任务和要求
任务:设计一个简易交通灯控制器
要求:
1．东西方向为A车道，南北方向为B车道，每次通行时间为25秒；；
2．换向时要有4秒的黄灯期；
3．时钟批示灯每秒亮一次

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
彭介华 主编。《电子技术课程设计指导》.高教出版社出版。第一版.2002年
康华光 主编.《电子技术基础》.高教出版社出版.第四版.1999年
胡宴如 主编。《模拟电子技术基础》。高教出版社。2004年
电子电工实验室可以提供的主要仪器设备：
示波器　型号规格VP-5220、电子学习机　型号规格WL-V、万用表　MF10；以及分立元件、或中规模集成芯片。

五、进度安排
2011年12月12日-14日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求；
2011年12月15日—18日：总体方案设计，方案比较,选定方案的论证及整机电路的工作原；
2011年12月19日—21日:单元电路设计，参数计算,元器件选择，电路图;
2011年12月22日;整理撰写设计说明书
2011年12月23日:答辩
六、教研室审批意见
设计目的明确，要求合理,难度适中，符合课程设计教学要求。

教研室主任（签字）：
年 月 日
七|、主管教学主任意见
符合课程设计要求

主管主任(签字）：
年 月 日
八、备注

指导教师（签字）： 学生(签字)：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名 学 号
系 电气工程系 专业班级
题目名称 简易交通灯控制器的设计 课程名称 电子技术课程设计
一、学生自我总结
通过此次课程设计使我较系统地掌握有关数字电子技术控制的设计思想和设计方法，为我今后从事硬件方面开发工作打下坚实的基础。此次课程设计要求我们全面掌握数字电子技术设计的基本理论，熟悉掌握NE555定时器等数字芯片，让我们在接近实际工作环境下,完成一个简单的数字电子系统设计。在我这次负责仿真，让我明白要合理布置电路的重要性,以及熟悉掌握元件的各个引脚。经过多次硬件调试，让我明白要有严谨的态度去对待而设计电路时要有耐心。

学生签名: 年 月 日
二、指导教师评定
评分项目
平时成绩
论文
答辩
综合成绩
权 重
30
40
30

单项成绩

指导教师评语：

指导教师（签名）: 年 月 日
注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据,装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
2、表中的“评分项目"及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

摘要

当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
本简易交通灯控制器全部由数字电路组成,由555定时器提供一秒脉冲,计数器（74LS160）进行计时，译码器（74LS47）进行显示译码，多路选择器74LS153、D触发器、与非门和非门组成主支路时间转换控制电路,比较以前的方案更为精确。
关键词:计数器74LS160;LED；译码器74LS47；555定时器；D触发器；74LS153

目 录

摘要 I
目 录 II
1 交通信号灯基本原理及设计方法 1
2 主控制器 3
2。1 74160十进制同步计数器(异步清除） 3
2.2 边沿D触发器 4
2.3 74LS138的作用 5
2。4 双4选1数据选择器74LS153 6
3 译码显示电路 8
3.1共阴极LED七段数码管 8
3。2 74LS47译码器 9
4 555定时器构成及多谐振荡器 11
4。1 节拍发生电路 11
4.2 555定时器的引脚图及功能 11
参考文献 13
附录1 主要元件清单 14
附录2 系统原理图 15
总 结 17
致谢 18

II
1 交通信号灯基本原理及设计方法
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图1.1所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯.红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长.

图1.1 路口交通指挥系统示意图
设主干道通行时间为N1,干道通行时间为N2，主、支干道黄等的时间均为N3，按主支干道通行的时间来看,设置N1=N2﹥N3.系统工作流程图如图1.2所示。
主干道绿灯亮，支干道红灯亮计数器由N1到25递增计数
主干道黄灯亮，支干道红灯亮计数器由N3到4递增计数

主干道红灯亮，支干道绿灯亮计数器由N2到25递增计

主干道红灯亮，支干道黄灯亮计数器由N3到4递增计

S1
S2
S3
S0

图1.2 系统工作流程图
要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组成，整机电路的原理框图如图1.3所示。四个路口设有红、黄、绿三色灯和两位8421BCD码的计数、译码显示器。

显示器
译码器
计数器
时钟信号发生器
支干道信号灯
信号灯译码驱动电路
主干道信号灯
主控电路
图1.3 交通信号灯控制原理电路框图

S1

S0
十字路口车辆运行情况只有4种可能：1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为25s.2)25s后,主干道停车，支干道仍不通行,这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为4s。3）25s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为25s。4）25s后,主干道仍不通行,支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮,持续时间为4s。4s后又回到第一种情况,如此循环反复。因此，要求主控制电路也有4种状态，设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。状态转换图如图1.4所示
25s后

4s后
4s后

S3

S2

25s后

图1。4 状态转换图

2 主控制器
2。1 74160十进制同步计数器（异步清除）
简要说明：
160为可预置的十进制同步计数器，共有54/74160和54/74LS160两种线路结构型式，其主要电特性的典型值表2。1如下：
表2.1 74LS160典型值
型号
FMAX
PD
CT54160/CT74160
32MHz
305mW
CT54LS160/CT74LS160
32MHz
93mW

160的清除端是异步的.当清除端/MR为低电平时，不管时钟端CP状态如何,即可完成清除功能。160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下,输出端Q0－Q3与数据输入端P0－P3一致。对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端 CEP、CET为高电平，则/PE 应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0－Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74160,只有当CP为高电平时,CEP、CET才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端(TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。在不外加门电路的情况下,可级联成N位同步计数器。54/74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化，电路的功能也不受影响.管脚图如图2.2。

图2。2 管脚图

引出端符号：

TC 进位输出端

CEP 计数控制端

Q0－Q3 输出端

CET 计数控制端
CP 时钟输入端（上升沿有效）

/MR 异步清除输入端(低电平有效)

/PE 同步并行置入控制端（低电平有效）
表2.3 功能表

2.2 边沿D触发器
电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号,那么就有可能使触发器的状态出错.而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样,输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持—阻塞边沿D触发器。如图2.4 D触发器的引脚图。
特征方程：Qn+1=D

图2.4 D触发器引脚图
2.3 74LS138的作用
  利用 G1、/(G2A）和/(G2B)可级联扩展成24线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。

图2。5 74LS138引脚
表2。6 3-8线译码器74LS138的功能表

71LS138有三个附加的控制端。输出为高电平（S＝1)，译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止,所有的输出端被封锁在高电平，如表2。6所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端,利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能.带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。逻辑图如下图2.7。

图2。7 逻辑图

2。4 双4选1数据选择器74LS153
所谓双4选1数据选择器就是在一块集成芯片上有两个4选1数据选择器。引脚图排列如图2.9，功能如表2.8。1G、2G为两个独立的使能端；B、A为公用的地址输入端;1C0~1C3和2C0~2C3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端；Y1、Y2为两个输出端.
① 当使能端1G（2G）＝1时，多路开关被禁止，无输出,Y＝0。
② 当使能端1G（2G）＝0时,多路开关正常工作,根据地址码B、A的状态，将相应的数据C0～C3送到输出端Y.
如:BA＝00则选择CO数据到输出端,即Y＝C0。BA＝01则选择C1数据到输出端，即Y＝C1，其余类推。数据选择器的用途很多，例如多通道传输，数码比较，并行码变串行码，以及实现逻辑函数等。数据选择器的应用—实现逻辑函数ab126计算公式大全。下表2.8为74LS153功能表，下图2.9为74LS153引脚功能图
表2。8 74LS153功能表
选择输入
数据输入
选通输入
输出
B
A
C0
C1
C2
C3
G
Y
L
L
L
×
×
×
L
L
×
×
×
×
×
×
H
L
L
L
H
×
×
×
L
H
L
H
×
L
×
×
L
L
L
H
×
H
×
×
L
H
H
L
×
×
L
×
L
L
H
L
×
×
H
×
L
H
H
H
×
×
×
L
L
L
H
H
×
×
×
H
L
H

图2。9 74LS153引脚功能图

3 译码显示电路
译码显示电路主要是由共阳极LED七段数码管，74LS47译码器组成。
3。1共阴极LED七段数码管
数码管分为共阳极结构和共阴极结构。若显示器共阳极连接,则对应阳极接高电平的字段发光;而显示器共阴极连接，则接低电平的字段发光。此次设计采用的是共阴极连接如下图.

图 3。1 共阴极数码管引脚图

图3.2 共阴极了LED交通灯接法
3。2 74LS47译码器

图3。3 74LS47管脚功能排列及接法图
1。以下介绍各引脚的功能:
（1)3脚是输入端
当=0时,a、b、c、d、e、f、g均输出为零，发光数码管各发光段全亮,显示8字用以检查数码管各发光段是否良好。当=1时,译码器按输入BCD码正常译码显示。
（2）4脚灭灯输入端
当=0时,不论A,B，C,D,的输入状态如何，译码器的输出a、b、c、d、e、f、g均为高电平,显示器各段均不亮，只有=1时,译码器才根据A、B、C、D输入状而译码输出。
（3)3脚灭零输入端
当=0时，若输入DCBA=0000，则输出不显示0,若输入为其它带码，则照常显示.
（4）4脚灭零输出端
该端同端共用一个引脚,它既是灭灯输入端用来接收信号，又是灭零输出端输出信号,为相邻位提供灭零输入信号。
注：常用的七段显示器还加了小数点DP
（5）分析
当编码器某一个输入信号为1而其它输入信号都为0时,则有一组对应的数码输出,如 7＝1时，Y3Y2Y1Y0＝0111。输出数码各位的权从高位到低位分别为8、4、2、1.
2。数码连接译码电路：
74LS47是一种BCD码输入端,其中D是高电位；a、b、c、d、e、f、g是输出端,输出低电平有效,和共阳极半导体发光数码管各发光段的阴极引出线相互连接,下面是七段数码显示器管脚接法，74LS47和数码管的管脚排列图:

图3.4 译码连接电路图
3. 真值表：
共阳极数码管的数字显示真值表如下表3.5所示
表3.5 七段显示译码电路真值表

4 555定时器构成及多谐振荡器
4.1 节拍发生电路
考虑到节拍是整个电路功能实现的基础及其他模块进行调试的必需条件，故首先实现节拍发生模块。0。5s节拍选用由555及相关器件构成的多谐振荡器电路实现。
由于输出波形中低电平的持续时间，即电容放电时间为

低电平的持续时间,即电容放电时间为

因此电路输出矩形脉冲的周期为

输出矩形脉冲的占空比为

当时，占空比近似为50%。
故综合考虑
R1≈5.1KΩ R2≈5。1KΩ
C1≈100uF C2≈0。01uF
电路图如下：

图4.1 555脉冲产生控制电路图
4。2 555定时器的引脚图及功能
1.地GND 2.触发
3。输出 4.复位
5。控制电压 6.门限(阈值）
7。放电 8.电源电压VCC

图4。2 555的引脚图

图4.3 555的内部电路图

参考文献
［1] 彭介华.电子技术课程设计指导.高教出版社出版，2002
[2］ 康华光.电子技术基础.高教出版社出版，1999
[3］ 胡宴如。模拟电子技术基础。高教出版社，2004
[4］ 黄正瑾.在系统编程技术及其应用.东南大学出版社,1996

附录1 主要元件清单
序号
名称
型号参数
数量
备注
1
定时器
NE555
1
U1
2
与非门
NAND
5
U4、U9、U10、U11、U21
3
非门
NOT
9
U5、U6、U7、U8、U12、U13、
U20、U22、U23
4
LED
红；绿；黄
6
D1、D2（绿);D3、D4（黄）;D5、D6（红)
5
数码管
共阴极
2

6
电阻
500K
2
R1、R2
7
电容
100uf
1
C2
0.01uf
1
C1
8
译码器
74LS13(3-8)
1
U14
74LS4（BCD）
1
U16
9
D触发器
74LS74
2
U19：A、U19:B
10
计数器
74LS160
2
U2、U3
11
数据选择器
74LS153
2
U17、U18
附录2 系统原理图

总 结

这一次课程设计对我来说，感触最深的就是要想做好一个设计课题首先要对每一部分所涉及的知识点掌握好，只有这样才能对设计做的得心应手,以及对系统的布局也是一个重要的要素。在整个设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态,对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决。让我学会了查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，进一步提高我综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。

致谢
在这次课程设计中，我真诚地感谢唐宏伟老师和同学们的帮助，在他们的帮助下我顺利的完成了此次课程设计也使我对交通灯的一些相应的周边知识有了更进一步的了解，以及对数字电路有了系统的复习。
在做论文的过程中，唐老师又反复而耐心地给我指出问题的所在，并帮助我纠正了许多不妥之处。在做系统设计这一过程中,也给我提出了许多意见和建议,并交给我许多解决问题的技巧和方法。没有他的帮助，我也不可能很好的完成这次课程设计。

2011年12月14日

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