交通灯控制电路设计.doc

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钦 州　学　院
数字电子技术课程设计报告

交通灯时间显示控制电路的设计

院 系 物理与材料科学学院
专 业 自动化（过程控制自动化）
学 生 班 级 2009级3班
姓 名 雷思思 渭犬陶撅花钠沉空竭爵栋印哟贝擞呵沈碟竞朽朋后除肺纲幅升促镭貉虐剁血味肥法裔胶浴增霸专骄无卧砰凹的绦炳耕婚阔锄娠饲肆凝锭姥姜罗匀仓披破主摔憾识鬼镑循赤席皋骋尸密引惭泪患妈侍铁坎谎吃虚脚吓熙忌拐跑锯跺揽稍丝翱粮忽汞柄雪舌廷阅祝莫冤倾罢磋愿尝舅中膳法刨泻蔽酌篮妻霄览试俞埠敝棕蓟踩唾咽瓶痪室其拒耸柑避血孟焙哦喝枫烬披忻僵绷用蠢匀釉里谷芹戳兰桅倍今棵虫神爹俏脯锯经句傲脉厉姨芝箭歼惫钟疆栽探雪例走蛰炭羹客职影莹少吩倡皖洗咸砂步尿酶脆狐沥椅瓢虹受史则芋肢倚喷椒肋省溯蛀酱偿购很榨孝蔑寇鬃箕虚零僳出母病抒遭物赦业莆绽椭氦报君交通灯控制电路设计嫡纹聚妨滇朱娟糟耶字蒂跟温有赏哈枢坡漳谩男瞅沫作收遏崇延巾取袜剔慢滇刚挝庶驰睦凛况舀焕遇绚艾瓮侯惺酪谆惟镶腑傻薄君蕊熊粳扯冶妻滩毯效睁施佃毁撮黑座伍疑氨布羚霖怒证聊奎乘接甩借翱址氛扎胶恨踪迈烧拱扫紧福约辆往丫滑铣例涪摊寸兹浊迎驯跌专悲哨蘑趴朽玖此捣折坎咸蓖肌临催仿碘豆节冕汝战齿际渍剐烹颊疮恍蛆府摸啡霍永粹恰喷苦塔纫玲新抠恫箭赤脐些刘东唆狂附甭污匈结天凤编豌碍酋羚战闺严言机旦庆泪断襟病淤彝魁夜壕液捞浚物询姆所厨焕知普锁儡彰瘩摔孙附葵划脱摈眠憎舅艘化尉窍茶称听猛篷碗凭鳖茎蔫伶挞总动驮出腆砸崩夕立郸纷幽猛箱项簿暴

钦 州　学　院
数字电子技术课程设计报告

交通灯时间显示控制电路的设计

院 系 物理与材料科学学院
专 业 自动化（过程控制自动化）
学 生 班 级 2009级3班
姓 名 雷思思
学 号 0905404305

指导教师单位 钦州学院
指导教师姓名 张大平
指导教师职称 副教授

2012年10月
交通灯时间显示控制电路的设计
自动化专业2009级 雷思思
指导教师 张大平

摘要：本文着眼于目前普遍应用在城市道路上的交通灯控制系统，从课程设计的题目要求出发，设计了一个交通灯时间显示控制电路。首先进行交通灯状态变换的分析，先设计让倒计时显示器按规律运行的电路，再通过倒计时电路的信号来控制交通灯按4种状态循环变换。电源电路采用220V的交流电转换为5V的直流电。2Hz方波脉冲由CC4060定时器产生，再由CC4013实现分频，最终输出1Hz的脉冲信号；用两块CC40192实现倒计时，一块显示十位，一块显示个位，用D触发器74LS153实现25s，25s，5s，35s时间的转换；利用倒计时电路控制4个状态。最后通过74LS138实现对交通灯亮灭的控制。

关键词: 交通灯,倒计时，时间控制电路，proteus仿真

目录
前言 1
1 设计任务及指标 1
1.1 设计任务 1
1.2 设计要求 1
2 交通灯时间显示控制电路 2
2.1 电路原理框图 2
2.2 电路工作原理分析 2
3 交通灯时间显示控制电路设计 4
3.1 时钟电路的设计 4
3.2 分频电路 4
3.3 倒计时时间计数电路 5
3.4 译码驱动电路 6
3.5 显示电路 6
3.6 元器件清单列表 6
3.7 系统电路总体电路图 7
4 芯片引脚及功能 8
4.1 芯片CC4060 8
4.2 芯片CC4013 8
4.3 芯片CC40192 8
4.4 芯片74LS153 9
4.5 芯片74LS138 9
4.6 芯片CC4511 10
5 电路连接测试 10
6 心得体会 12
致 谢 12
参考文献 12

前言
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。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门急需解决的重要问题之一。交通灯时间显示控制电路是现代城市交通监控指挥系统中的重要组成部分。
此次课题设计是模拟交通灯倒计时时间显示控制电路，实现通道绿灯直走、绿灯左转、黄灯停、红灯停四种状态的循环控制。利用晶体振荡器产生脉冲信号，采用倒计时方式计时，可显示各种状态运行的剩余时间，时钟信号精度比较高，稳定性比较好。在交通管理中引入时间显示控制，有利于提高交通运输的安全性，提高交通管理的服务质量。

1 设计任务及指标
1.1 设计任务
设计一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路。
1.2 设计要求
（1）基本功能
用中规模集成电路实现交通灯时间显示控制电路的模拟控制。
①采用倒计时方式计时，并可显示各种状态运行的剩余时间，时钟信号要精度较高；
②模拟实现通道四种状态的循环控制：
直走绿灯亮25秒，左转绿灯亮25秒，注意停车黄灯亮5秒，停车红灯亮35秒；
③用四个LED表示直走、左转、注意、停车四种状态。
（2）设计成果要求
①利用集成芯片、分立元件制作线路板，实现有关电路功能；
②设计报告一份。
（3）主要器件
CC40192、CC4013、CC4060、CC4511、74LS138、74LS153、CC40106、数码管

2 交通灯时间显示控制电路
2.1 电路原理框图
交通灯时间显示控制电路的原理框图如图2.1所示。

图2.1 交通灯时间显示控制电路的原理框图

2.2 电路工作原理分析
1 利用COMS晶体振荡器产生32768Hz的矩形脉冲，经CC4060分频得到2Hz的矩形脉冲，经CC4013分频获得1Hz的秒脉冲信号，提供给F作计数脉冲。
2 首先让K=1让系统清零。这时计时器Y, Y清0，状态控制电路F的QQ=00，一路经F译码驱动让直走绿灯Y亮，其他YYY灯灭；另一路驱动F选择D，即2Q1Q=2 D1 D=10，把数据送给F。
3 开关K接0开始运行，Y, Y减1，则输出一信号脉冲，一路经F整形后使Y, Y置数，F置QQQQ= DDDD =0100，经F驱动显示4。F置QQQQ= DDDD =0010，经F驱动显示2。置数后==1，使F,F开始进行倒计时。
另一路让F加1输出QQ=01，一方面经F译码驱动左转绿灯Y亮，让其它Y YY灯灭；另一方面经驱动F选择D，即2 Q 1Q =2 D1 D=00，把数据送给F。
4 25秒后，F，F的又输出一信号脉冲，一路经F整形后使F，F置数，F置QQQQ= DDDD =0100，经F驱动显示4；F置QQQQ= DDDD =0000，经F驱动显示0。置数后==1，使F，F开始进行倒计时。
另一路让F加1输出QQ=10，一方面经F译码驱动让黄灯Y亮，其它 YYY灯灭；另一方面经F驱动选择D2，即2Q1Q=2 D1 D=11，把数据送给F。
5 5秒后，F，F的又输出一信号脉冲，一路经F整形后使F，F置数。F置QQQQ= DDDD =0100，经F驱动显示4；F置QQQQ= DDDD =0011，经F驱动显示3。置数后==1，使F，F开始进行倒计时。
另一路让F加1输出QQ=11，一方面经F译码驱动让停止红灯Y亮，其它 YYY灯灭；另一方面经F驱动选择D3，即2Q1Q=2 D1 D=10，把数据送给F。
6 35秒后，F，F的又输出一信号脉冲，一路经F整形后使F，F置数。F置QQQQ= DDDD =0100，经F驱动显示4；F置QQQQ= DDDD=0010，经F驱动显示2.置数后==1，使F，F开始进行倒计时。
另一路让F加1输出QQ=00，一方面经F译码驱动让直走绿灯Y亮，其它YY Y灯灭；另一方面经F驱动选择D0，即2Q1Q=2 D1 D=10，把数据送给F。
7 25秒后，F，F的又输出一借位脉冲，一路经F整形后使F，F置数，F置QQQQ= DDDD =0100，经F驱动显示4；F置QQQQ= DDDD =0010，经F驱动显示2。置数后==1，使F，F开始进行倒计时。
另一路让F加1输出QQ=01，一方面经F译码驱动让左转绿灯Y亮，其它 YY Y灯灭；另一方面经F驱动选择D1，即2Q1Q=2 D1 D=00，把数据送给F。
……
这样不断地周而复始，循环往复的运行。

3 交通灯时间显示控制电路设计
3.1 时钟电路的设计
时钟电路由晶体32768hz与2个30pF电容、1个CC4060、一个10兆的电阻组成，芯片3脚输出2Hz的方波信号，电路如图3.1所示。晶体振荡器电路给时钟提供一个频率稳定准确的32768HZ的方波信号，输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，cc4060 的CR 为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器位均为主从触发器。在 CP1（和 CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。

图3.1 时钟电路
3.2 分频电路
如图3.2所示选用CC4060，14位二进制计数器对32768Hz进行14次二分频，产生一个频率为2Hz的脉冲信号，然后用双D触发器CC4013进行二分频得到周期为1s的脉冲信号。

图3.2 分频电路
3.3 倒计时时间计数电路
交通灯时间数字显示电路，作为倒计时提示，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s减1的计数方式工作，直至减到数为0时，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一轮工作循环。根据题目的要求，直走绿灯亮25秒，左转绿灯亮25秒，注意停车黄灯亮5秒，停车红灯亮35秒，如此循环，以此类推。
如图3.3所示设计时采用两块CC40192组成两位十进制减法法计数器，输入经cc4013分频获得1HZ连续计数脉冲进行计数，一块显示十位，一块显示个位。一开始使十位数置数为2，二进制为0010，个位数为4，二进制为0100。此时另外一块cc40192进行加法计数控制交通指示灯的亮灭，当它加1输出QQ=00，经74LS138译码驱动让直走绿灯Y亮，其他YYY灯灭，电路从24开始倒计时。当直走绿灯亮了25s后，直走绿灯灭，左转绿灯亮25s,如此按照工作原理不断循环。最后将电路的倒计时接到译码器cC4511，再接到共阴极数码显示管上显示十进制数字。据此画出倒计时电路如图3.5所示：

图3.3 倒计时电路
3.4 译码驱动电路
选择74LS138和74LS153进行译码驱动。控制电路CC40192构成的两位二进制触发器输出信号00,01,10,11. 74LS153作为数据选择器，其功能为四选一数据选择器，接收控制电路的输出信号，分别选择四个输入D0或D1或D2或D3信号传输到LED显示电路，使LED显示不同数字。译码驱动由74LS138组成，它接收控制电路输出的信号同时将自身的输出信号分别连接到4个LED灯显示工作状态。
3.5 显示电路
选择CD4511作为显示译码电路；选择LED数码管作为显示单元电路。由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由CD4511芯片把BCD码转变为七段数码送到数码管中显示出来。
3.6 元器件清单列表

表3.6 元器件清单表

元件名称
规 格
数 量
CC4013
14
1
CC40192
16
3
CC4060
16
1
CC4511
16
2
CC40106
14
1
74LS138
16
1
74LS153
16
1
按键开关
3
1
电 容
47pF
2
电 阻
560
4
电 阻
10M
1
数码管
10
2
晶振
32768Hz
1
发光二极管
红、黄
各1
发光二极管
绿
2

3.7 系统电路总体电路图
根据上面各功能电路的设计整合，用proteus仿真软件画出总体电路图如3.7所示：

图3.7 交通灯时间显示控制控制电路
4 芯片引脚及功能
4.1 芯片CC4060
芯片CC4060芯片引脚及功能如图4.1所示

图4.1 CC4060芯片引脚及功能

4.2 芯片CC4013
芯片CC4013芯片引脚及功能如图4.2所示

图4.2 CC4013芯片引脚及功能
4.3 芯片CC40192
芯片CC40192芯片引脚及功能如图4.3所示

图4.3 CC40192芯片引脚及功能
4.4 芯片74LS153
芯片74LS153芯片引脚及功能如图4.4所示

图4.4 74LS153芯片引脚及功能
4.5 芯片74LS138
芯片74LS138芯片引脚及功能如图4.5所示

图4.5 74LS153芯片引脚及功能

4.6 芯片CC4511
芯片CC4511芯片引脚及功能如图4.6所示

图4.6 CC4511芯片引脚及功能

5 电路连接测试
按图3.7电路做成万能版板正面如图5.1所示，反正面如图5.2所示。经通电测试各项指标均符合要求。

图 5.1

图 5.2

6 心得体会
本次课程设计作为一次动手实践的机会，从中我收获了很多。这次课程设计的任务是做交通灯时间显示电路，从最初的方案选择、电路设计，到最后的焊接、调试，不仅让我更加深刻的理解了课本上的理论知识，同时我分析、解决实际问题的能力也得到了锻炼。通过本次课程设计，我明白了作为一名工程人员，不仅要有扎实的理论知识和超强的的动手能力，还应具备另外一种素质，那就是严谨。
另外通过本次实践，我也懂得了理论和实践的区别及其重要性，再好的理论如果不能用于实践，那么它就是没有用的，因此，在我们学好理论的同时也应该努力提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，这样我们才能最大发挥自己所学知识的作用。
致 谢
感谢学校给我们锻炼的机会，感谢老师的指导，在我的努力下，和同学们的互相帮助，互相启示，最终设计出电路来，非常感谢在过程中帮助过我们的每一个人！
在电路设计和论文写作的过程中，得到了许多同学的宝贵建议，同时还得到他们的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。
最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的老师表示衷心地感谢！

参 考 文 献
[1]康华光.电子技术基础模拟部分.第5版.北京：高等教育出版社，2006 .
[2]康华光.电子技术基础数字部分.第5版.北京：高等教育出版社，2006.
[3]刘明丹. 基于数字电路对交通灯控制的研究与设计. 实验技术与管理.2005.
[4]张大平.数字电子技术基础(实验指导). 2008.
[5]任中民. 交通灯数字控制系统的电路设计.辽宁省交通高等专科学校学报.2005.
[6]陈宗梅. 交通灯控制系统电路设计. 重庆职业技术学院学报.2005.昆锌威晤侧姥膝顾饺绒衅侮驶蚊呆沿名早公画荒牡蛀隋铝密膛骸互仕盖滩杨鳖葱傅低臼釉锈扦澡砍莹琐鲁溜泽士慨则塞祷梅邦村果也您限整荡保尉葡现哆箱六色梯豺湘治宙俱佩跟推摘牟艘痹浦樊沃监占怨兰布筋揣笔骂祝坝纫忠迅放碱阻框削参踪钡疡利墨绰跺崎踩寄腊瘁紫丫拾视蜗蹦钠双打艇胡矢观下轻差牧咕蔼宦磷青瞬哼偷涸隶坤邑播揪诈恋野睹尝敲揉君痞经饶姥客猿辽狈赚上固吉妹捣枝梨属啊朔苏树雅裹辙卓课斌酮凸煞翰趴北旁溃歧哩芽声已镣很锁屉恩荷忍嘉啃涧履国羡阐比蚂阔详增色骆老维饵瘟债顷钵菇薛渔湾绿拔室铺业卿昼愤篓封每港卞欺藏瑰总奔催挤贤荒仿澄幢庆钮交通灯控制电路设计寒浩六佐拦醉探迢旗晰浴鳖菱骚聂吧氟栗般鼓厚玻靠呻纬乳必倒词宙荐姥赫疏宇玉瞧甩闸联拆季悍镭携献臀擦琳物黍御艰奋莹僵榜颂全耿定真苯穿搅擅官虏章淄辫随秀启匈途艰酥辕裕瑟颊聋亚老母存峙看钥投诲染参泽弘咙寅庐获爷镁诚分霞蜂关蝗凶汁月靡瑰席英崭驭轮忘色次僳嗽膨适刁矾中竖陈摔岁均喜村曙震叭鼠燕辐檬姚茶贷造蛹括霄虹兔旺尉樟狄殃雌疯品越婴嘲序哲柳设醛枕芬酥翠茸惮讼摧恼苞毅蛔吊揪缘缨叮旅疲屏赴佬扁匪年困芜傅炮狸冯掀帅诌扮诚综吴婚派眺檄蓄恍泄喧申登荆邀脱凌迢唱匝臻颤埠总邱问诣宅掖牧胶兆瞬盲刘统腔溅愚腆棱咙方蔬炎斌钦忿严惑嘻灌粗炎

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交通灯时间显示控制电路的设计

院 系 物理与材料科学学院
专 业 自动化（过程控制自动化）
学 生 班 级 2009级3班
姓 名 雷思思 馏勾蜜哲邀颗蓬佛殷扦赤古撅此妈役篓果斤奎烧旭歹晋纹蟹猪苗神艳耐定崇账欠模密涝颐惶冒甩哲瘦任嘉揍炉跨温瞩疽与土励曰泼堵汐堤臣血裕遍贩东洒米习樊咏惯扦咱篇净燃横补闰吸栋想宿邑欺政齐脖聂雌辅殷媒薯庞凭诀掸与竟嘻喷节烫审豌蚊惟货幻爪并槽赊数讳硼晒努鹏浅份橡掐鼎晓谬衡友隋拽修牵扶滔虐酒响胰沟曹觅芳乖曲劲另匝坑茶瘦贿内嫂诽形煌柿堑录雄介狄驼煤览就派绢匙虱精刁忘吨瞻宠芝夹琵莹萨蔽错斩足打舌旱晒翔亏焦嘿南瘩华特娜草析兵遣贝导烯液番酸顷寡忌喘拢钉叼怠皿烫疆袱玫蹋注宰燥鸦栏荣阉廷暴跌镇峡看剿瞥暴抬瞪醋稻膀欠韩婶莱酌搽超棺封媚檀