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

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。

                TL    TY       ST

图1 交通灯控制系统原理框图

（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

控制器状态	信号灯状态	车道运行状态
S0(00) S1(01) S3(11) S2(10)	甲绿，乙红 甲黄，乙红 甲红，乙绿 甲红，乙黄	甲车道通行，乙车道禁止通行 甲车道缓行，乙车道禁止通行 甲车道禁止通行，乙车道通行 甲车道禁止通行，乙车道缓行

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：

图2交通灯控制系统的ASM图

（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

输     入		输     出
现  态	状态转换条件	次   态	状态转换信号
	TL       TY		ST
0       0 0       0 0       1 0       1 1       1 1       1 1       0 1       0	0        X 1        X X        0 X        1 0        X 1        X X        0 X        1	0        0 0        1 0        1 1        1 1        1 1        0 1        0 0        0	0 1 0 1 0 1 0 1

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

Q1Q0	AG    AY    AR	BG   BY   BR
00 01 11 10	1       0      0 0       1      0 0       0      1 0       0      1	0     0     1 0     0     1 1     0     0 0     1     0

根据表格可得：

AG=Q1’Q0’     AY=Q1’Q0     AR=Q1

BG=Q1Q0       BY=Q1Q0’     BR=Q1’

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=55K，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74ls163为计数器，74ls163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。74ls163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

AG=Q1’Q0’     AY=Q1’Q0     AR=Q1

BG=Q1Q0       BY=Q1Q0’     BR=Q1’

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，在用Multisim软件仿真时候出现不少问题。

（1）脉冲频率问题

用公式f=1／（R1+2R2）C㏑2得出的频率为1Hz，但在Multisim软件中用示波器根本无法显示明显的脉冲。但将频率设置为100Hz左右时便可得脉冲。但在焊电路板时候，仍然要用1Ｈｚ的元件连接电路。

（２）清零信号问题

当我将ＳＴ清零信号接在１６３的CLR＇上的时候，发现无法进行正常清零。用示波器显示，发现接在第二片１６３上的信号脉冲宽度太窄，无法实现清零。于是我试着用了个Ｄ触发器，效果不错，但明显增加了器件，我又试着将信号接在LD’上，发现能够实现清零。

2、焊电路板过程中的问题

（1）第一次焊的时候，已将芯片嵌在了插口上面。后经老师同学指出，发现那样的话会因电烙铁的高温而烧坏芯片。

（2）焊的过程一定要小心，一不小心就会造成短路。焊好后要用万用表检查看是否短路，否则有可能烧坏芯片。

（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）在检查电路过程中，万用表是一个不可或缺的工具。利用万用表，可以检查短路，检查是否通电，检查555脉冲是否正常，检查计数器计数是否正常，检查发光二极管是否烧坏。

八、心得体会

第一次自主设计电路，第一次焊电路板，第一次做好一个系统，第一次将理论化为实用。这一次的课程设计让我学到了很多东西。首先对于数电的知识有了更深的掌握，各芯片的引脚及功能等。其次对Multisim软件更加熟悉，掌握了芯片的搜索、线路的连接、仿真图的检查等。最后自己的动手能力有了很大的提高，我们专业是应用性的专业，我们以后出去也主要做一些应用的工作，只有理论没有动手能力那只是一纸空谈。通过这次课程设计，我的到得不仅是知识能力，不仅是成就感，还有对明天的信心。

九、附录

1、所用芯片及其参数：

序号	名称	元件编号	参数	备注
1	四位二进制加法计数器	74LS163		2
2	双四选一数据选择器	74LS153		2
3	四输入与门	74LS08		2
4	六输入非门	74LS04		2
5	双D触发器	74LS74		1
6	发光二极管红绿黄			6
7	电阻		55k	1
8	电阻		47k	2
9	电容		0.01uF	1
10	电容		10uF	1

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——信息实验室资料库