1、.課程設計課程名稱數字電子技術課程設計題目名稱交通燈控制電路設計學生學院物理與光電工程學院專業班級13 電子科學與技術1班學號3113008268學生姓名李玉祥指導教師陳元電2014年06月 29 日.1 設計題目摘要1.1選題 B：交通燈控制電路設計由一條主干道和一條支干道的匯合點形成十字交叉路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉路口的每個入口處設置了紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行； 黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停靠在禁行線內。 實現紅、綠燈的自動指揮對城市交通管理現代化有著重要的意義。1.2設計任務與要求（ 1）用紅、綠、黃三色發光二極管作信號燈。（ 2）當主干道允

2、許通行亮綠燈時，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時，主干道亮紅燈。（ 3）主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s、支干道 20s。設計 30s 和20s 計時顯示電路。（ 4）在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉換過程中間，要亮 5s 的黃燈作為過渡， 設置 5s 計時顯示電路。2原理電路和程序設計2.1方案比較方案一：秒脈沖發生器使用晶振產生， 數碼管使用共陽極 7 段數碼管，計數器利用時序邏輯電路的設計方法設計。方案二：秒脈沖發生器使用 555 定時器，數碼管使用共陰極 7 段數碼管， 減法計數器使用 MSI 的 74LS190。由于交通燈計數器不需要很精確的秒脈沖， 而且 555 定時器如果

3、利用進度高的小型電位器的話也可以達到很高的精度， 而且不需要分頻器； 直接利用觸發器設計計數器的話工作量大， 而且電路復雜， 話費多，所以使用集成芯片 74LS190來作為計數器。 74LS190是高電平輸出，故使用共陰極的數碼管。2.2整體電路.2.3單元電路設計及工作原理分析實現上述任務的控制器整體結構，如圖所示。支干道信號燈主干道信號燈顯示譯碼驅動電路主控制器時鐘信號30S,20S,5S計時器3 電路設計計算與分析3.1 時鐘脈沖信號的產生時鐘脈沖信號由555 定時器與相應大小的電阻和電容連接而成的多諧振蕩器來產生。由于電路中需要的脈沖信號周期為1S，如果選用的電容分別是10UF和 0.

4、01UF，則根據周期計算公式 T=(R1+2R2)CLN2，可得到 R1+2R2的阻值為 151K歐，因此我們令 R1等于 39K 歐，R2等于 51K歐，則連接而成的由 555 定時器構.成的多諧振蕩器如下圖所示。3.2 主控制器主控電路是本課題的核心，主要控制 30s、20s、 5s 三個定時器，它的輸出一方面經譯碼后分別控制主干道和支干道的三個信號燈， 另一方面控制定時電路啟動。主控電路屬于時序邏輯電路，可采用狀態機的方法進行設計。主干道和支干道各自的三種燈（紅、黃、綠），正常工作時，只有4種可能，即 4 種狀態：s 定時器，狀態為 S0；主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動30主黃燈和支

5、紅燈亮，主干道停車，啟動5s 定時器， 狀態為 S1；主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動s 定時器，狀態為 S2；20主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動s 定時器，狀態為 S3。5四種狀態的轉換關系如圖5：未過 30s主綠燈已過 30s支紅燈已過 5s亮S0未未主紅燈主黃燈過過支黃燈SS1支紅燈5s5s3圖 5 交通燈控制狀態轉換圖亮亮S2已過 5s主紅燈已過 20s支綠燈亮.未過 20ss.可用 2 個 JK 觸發器表達上述四種狀態的分配和轉換。3.3 計時器電路計時器電路是本次設計中做復雜也最為關鍵的一部分， 這一部分又可以分為輸出和輸入兩部分。 輸入的信號除了秒脈沖時鐘信號以外， 更重要

6、的是主控電路對其輸入的置數信號。 輸出信號為三部分， 分別是主次干道的計時顯示電路、 置數端開關控制信號、主控電路的脈沖控制信號。（ 1）百進制計數器電路這一部分我們選用兩片十進制計數器芯片74LS190D級聯而成。 74LS190D可以實現加計數和減計數， 由 U/D 控制，當輸入為低電平時進行加計數，反之則為減計數，本次設計選用減計數，因此U/D 端輸入始終為高電平。 CTEN端為擴展功能端，接入低電平時正常工作，級聯接線如圖3-4 所示。（ 2）置數端開關信號與主控器脈沖信號輸出電路當計數器每完成一個狀態的計數后， 需要打開自己的置數端接受主控器下一個狀態的置數， 同時輸出脈沖送往主控器

7、使其產生新的狀態。 由于每完成一個計數狀態，計時器都會有一個低電平進位輸出， 我們可以將這個低電平送往置數端開關端口打開置數端， 同時反向后送往主控器切換狀態。 但由于進位輸出信號過于短暫，可能使主控器電路來不及反應就消失， 造成電路不穩定。 為了解決這一個問題，使進位輸出信號有足夠的寬度，我們想到用基本 RS觸發器組成反饋置數電路，由于進位輸出信號是低電平， 所以反饋電路可設計如圖 3-5 所示。.圖 3-5基本 RS觸發器組成的進位輸出電路3.4 計時器顯示電路在本次設計中， 主道和次道的計時顯示電路我們僅僅用數碼顯示管DCD_HEX來完成，用于計時狀態的顯示，主道于此道顯示器接法相同，如

8、圖3-9 所示。.3.5 元件選擇序號名稱型號參數數量備注1加/ 減法計數74LS190D2器2七段數碼管DCD-HEX434 位二進制計74LS163D1數器43線8 線譯74LS138D1碼器5反相器74LS04D46或門74LS32D37與門74LS08D28或非門74LS08D29電阻150K210電阻51K111電阻39K112電容1uF213電容10uF114電容10nF115555 計時器LM555CM116發光二極管大2紅色17發光二極管大2黃色17發光二極管大2綠色4 電路和程序調試過程與結果4.1 主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動s 定時器20.4.2 主紅燈和支黃燈亮，

9、支干道停車，啟動s 定時器54.3 主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動s 定時器304.4 主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動s 定時器5.5 總結5.1 作品的優點1）實驗仿真作品基本符合本課程設計任務和要求2）實驗所用元器件不多，連線較簡單5.2 作品的缺點1 ）實驗亮燈順序是 :主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動 20s 定時器主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動 5s 定時器主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動 30s 定時器主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動 5s 定時器與實驗要求有些差異。2 ）實驗數碼管控制電路只在主干道有， 支干道的數碼顯示還是由主干道的數碼控制電路。一旦主干道的數碼管控制電路損壞， 主支干路的數碼管都不能顯示，給交通帶來極大不便。5.3 實驗心得通過這次課程設計， 加強了我們動手、 思考和解決問題的能力。 同時這次電路設計實習，使得我對數字電路更感興趣，并且，在設計的過程中，積極去查閱資料，不僅學會了 獨立思考，而且學會了在遇到困難的時候不慌忙， 不亂陣腳，仔細查找問題。 更好的提高了自己的動手能力， 還主動幫助同學查找問題。 同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設計，我不僅對Multi