PAGEPAGE14※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2013級學生電子技術課程設計電子技術課程設計報告書課題名稱交通信號燈控制系統姓名王朝學號1314080213院、系、部光電工程系專業電子信息科學與技術指導教師高坤2015年5月25日一、設計任務及要求：設計任務：設計一個十字路口交通燈信號控制器要求：1.十字路口設有紅、黃、綠、左拐指示燈；有數字顯示通行時間，以秒單位作減法計數。2.主、支干道交替通行，主干道每次綠燈亮40S，左拐指示燈15S；支干道每次綠燈亮20S，左拐指示燈亮10S。3.每次綠燈變左拐時，黃燈先亮5S（此時另一干道上的紅燈不變），每次左拐指示變紅燈時，黃燈先亮5S（此時另一干道上的紅燈不變）。4.當主、支干道任意干道出現特殊情況時，進入特殊運行狀態，兩干道上所有車輛都禁止通行，紅燈全亮，時鐘停止工作。5.要求主、支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在0~99S內任意設定。指導教師簽名：年月日二、指導教師評語：指導教師簽名：年月日三、成績指導教師簽名：年月日交通信號燈控制系統的設計1設計目的（1）掌握綜合應用理論知識和中規模集成電路設計方法（2）掌握調試及電路主要技術指標的測試方法2設計思路十字路口設有紅、黃、綠、左拐指示燈；有數字顯示通行時間，以秒單位作減法計數。主、支干道交替通行，主干道每次綠燈亮40S，左拐指示燈15S；支干道每次綠燈亮20S，左拐指示燈亮10S。每次綠燈變左拐時，黃燈先亮5S（此時另一干道上的紅燈不變），每次左拐指示變紅燈時，黃燈先亮5S（此時另一干道上的紅燈不變）。當主、支干道任意干道出現特殊情況時，進入特殊運行狀態，兩干道上所有車輛都禁止通行，紅燈全亮，時鐘停止工作。要求主、支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在0~99S內任意設定。3設計過程3.1方案論證十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全通行。有一個主干道和一個支干道的十字路口如圖1所示。每邊都設置了紅、綠、黃色和左拐彎信號燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行，在綠燈變紅燈時先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓停車線以外的車輛停止運行。因為主干道上的車輛多，所以主干道放行的時間要長。圖1路口交通指揮系統示意圖設主干道通行時間為a1，干道通行時間為a2，主、支干道黃等的時間均為a3，按主支干道通行的時間來看，設置a1﹥a2﹥a3。系統工作流程圖如圖所示。主干道綠燈亮，支干道紅燈亮計數器由a1到40遞增計數主干道綠燈亮，支干道紅燈亮計數器由a1到40遞增計數主干道黃燈亮，支干道紅燈亮計數器由a3到5遞增計數主干道紅燈亮，支干道綠燈亮計數器由a2到20遞增計主干道紅燈亮，支干道黃燈亮計數器由a3到5遞增計S1S2S3S0交通燈控制系統的組成框圖如圖3.所示。狀態控制器主要用于紀錄十字路口交通燈的工作狀態，通過狀態譯碼器分別點亮相應狀態的信號燈。秒信號發生器產生整個定時系統的時基脈沖，通過減法計數器對秒脈沖減計數，達到控制每一種工作狀態的持續時間。減法計數器的回零脈沖使狀態控制器完成狀態轉換，同時狀態譯碼器根據系統下一個工作狀態決定計數器下一次減計數的初始值。減法計數器的狀態由BCD譯碼器譯碼、數碼管顯示。在黃燈亮期間，狀態譯碼器將秒脈沖引入紅燈控制電路，使紅燈閃爍。譯碼、顯示譯碼、顯示主干道信號燈支干道信號燈減法計數器狀態譯碼器紅燈閃爍控制置數控制狀態控制器秒脈沖發生器圖3交通燈控制系統的組成框圖十字路口車輛運行情況只有4種可能：1）設開始時主干道通行，支干道不通行，這種情況下主綠燈和支紅燈亮，持續時間為40s。2）40s后，主干道停車，支干道仍不通行，這種情況下主黃燈和支紅燈亮，持續時間為5s。3）5s后，主干道不通行，支干道通行，這種情況下主紅燈和支綠燈亮，持續時間為20s。4）50s后，主干道仍不通行，支干道停車，這種情況下主紅燈和支黃燈亮，持續時間為5s。5s后又回到第一種情況，如此循環反復。因此，要求主控制電路也有4種狀態，設這4種狀態依次為：S0、S1、S2、S3。狀態轉換圖如圖所示。SS0S1S2S340s后5s后20s后5s后狀態轉換圖3.2計數器的作用計數器的作用有二：一是根據主干道和支干道車輛運行時間以及黃燈切換時間的要求，進行40s、20s、5s3種方式的計數；二是向主控制器發出狀態轉換信號，主控制器根據狀態轉換信號進行狀態轉換。3.3計數器的工作情況計數器除需要秒脈沖作時鐘信號外，還應受主控制器的狀態控制。計數器的工作情況為：計數器在主控制器進入狀態S0時開始70s計數；40s后產生歸零脈沖，并向主控制器發出狀態轉換信號，使計數器歸零，主控制器進入狀態S1，計數器開始5s計數；5s后又產生歸零脈沖，并向主控制器發出狀態轉換信號，使計數器歸零，主控制器進入狀態S2，計數器開始20s計數；20s后也產生歸零脈沖，并向主控制器發出狀態轉換信號，使計數器歸零，主控制器進入狀態S3，計數器又開始5s計數；5s后同樣產生歸零脈沖，并向主控制器發出狀態轉換信號，使計數器歸零，主控制器回到狀態S0，開始新一輪循環。根據以上分析，設40s、20s、5s計數的歸零信號分別為A、B、C，則計數器的歸零信號L為：L=A+B+C其中：A=S0QC2=QC2B=S2QB2QA2=QB2QA2C=S1QB1QA1+S3QB1QA1=X0QB1QA1考慮到主控制器的狀態轉換為下降沿觸發，將L取反后送到主控制器的CP端作為主控制器的狀態轉換信號。可選用集成異步十進制加法記數器(74LS90)。。3.4控制信號燈的譯碼電路的真值表主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態主要取決于狀態控制器的輸出狀態。它們之間的關系見真值表4.1。對于信號燈的狀態，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。信號燈信號的狀態狀態控制器輸出主干道信號燈支干道信號燈Q2Q1R（紅）Y（黃）G（綠）r（紅）y（黃）g（綠）00110101001101001000110000010011根據真值表，可求出各信號燈的邏輯函數表達式為：3.5電路設計3.5.1秒脈沖發生器圖5由555構成的秒脈沖發生器圖6555定時器引腳排列圖555定時器內部含有一個基本RS觸發器，配個電壓比較器C1,C2,一個放電三極管T由三個5K的電阻的分配器，555定時器因此而得名一個輸出緩沖器G3。比較器C1的參考電壓為2VCC/3加在同相輸入端C2的參考電壓為VCC/3加在反相輸入端，兩者均由分在器上取得。3.5.2計數器方案一：74LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：

圖774LS192引腳排列與邏輯符號圖7中：為置數端，為加計數端，為減計數端，為非同步進位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數據輸出端。其功能表如下：

輸入

輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0

1

×

×

×××××0000

0

0

×

×dcbadcba

0

1

1××××

加計數

0

1

1

××××

減計數定時器由與系統秒脈沖（由時鐘脈沖產生器提供）同步的計數器構成，要求計數器在狀態信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數器從零開始進行增1計數，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。

方案二：計數器選用集成電路74LS163進行設計較簡便。74LS163是4位二進制同步計數器，它具有同步清零、同步置數的功能。74LS163的外引線排列圖和時序波形圖如圖12、3所示，其功能表如圖5所示。圖中，是低電平有效的同步清零輸入端，是低電平有效才同步并行置數控制端，CTp、CTT是計圖7交通燈的ASM圖數控制端，CO是進位輸出端，D0～D3是并行數據輸入端，Q0～Q3是數據輸出端。由兩片74LS163級聯組成的定時器電路如圖7所示。電路的工作原理請自行分析。圖874LS163的外引線排列圖和時序波形圖綜合本系統，74LS163只能十進制計數，不能實現同步加減計數，而74LS192具有加減同步計數功能，電路設計清晰可行，所以我們采用方案一。3.5.3數碼管7段數碼管一般由8個發光二極管組成，其中由7個細長的發光二極管組成數字顯示，另外一個圓形的發光二極管顯示小數點。當發光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發光。控制相應的二極管導通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數符數量也有限，但其控制簡單，使有也方便。發光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數碼管。數碼連接譯碼電路。CD4511是一種BCD碼輸入端,其中D是高電位;a、b、c、d、e、f、g是輸出端,輸出高電平有效,和共陰極半導體發光數碼管各發光段的陽極引出線相互連接，下面是七段數碼顯示器管腳接法，CD4511和數碼管的管腳排列如下圖：圖9數碼管驅動圖交通燈信號燈控制總體框圖4主要儀器與設備數字電路實驗箱或EDA軟件MAXPLUSⅡ數字邏輯實驗箱一個 NE555集成定時器1片CD4029預置可逆計數器1片 74LS245態門1片74LS00與非門4片 發光二極管8個電阻，電容若干5調試及設計報告要求在電路板上按整機框圖把主控制器、計數器、信號燈譯碼器、數子顯示譯碼器和秒脈沖信號發生器焊接好然后按以下步驟進行調試：1．秒脈沖信號發生器的調試，按照數字電子鐘的方法逐級調試振蕩電路和分頻電路，使輸出設計符合設計要求。2．將秒脈沖信號送入主控制器的CP端，觀察主控制器的狀態是否是按00、01、10、11、00…的規律變化。3．將秒脈沖信號送入計數器的CP端，接入主控制器的狀態信號X0、X1，并把主控制器的狀態信號送入主控制器的CP端，觀察計說器是否按40秒、5秒、20秒、5秒、40秒…循環計數。4．把主控制器的狀態轉換信號X1、X0接至信號燈的譯碼電路，觀察6個發光二極管是否按設計要求發光。5．整機聯調，使交通信號燈控制電路正常工作。總結經過這個課程設計，我真正體會到了學有所用，同時也讓我更加深刻的了解數字邏輯電路的重要性，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于交通信號燈的基本原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。真正體會到一種共同學習、共同進步的學習氣氛，一種大討論的學習氛圍。這次設計對我來說感觸最深的是，要做好一個設計，首先要了解每一個部分所涉及的知識點，掌握它的原理；同時要跟同伴們緊密聯系、加強合作，體會到一種合作意識。通過EDA軟件Multisim10實現。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，讓我明白，做學問要有一絲不茍的態度，遇