简易交通信号灯控制器课程设计报告书

《电工与电子技术基础》课程设计报告

题目简易交通信号灯控制器

学院（部）汽车学院

专业车辆工程

班级

学生

学号

6 月 29 日至

7 月 3 日共一周

目录

一、主要技术指标和要求 (2)

二、摘要 (2)

三、总体设计方案论证及选择 (2)

四、设计方案的原理框图、总体电路原理图及说明

1、设计方案的原理框图 (3)

2、总体电路原理图及说明 (4)

五、单元电路设计、主要元器件选择与电路参数计算

1、CP脉冲发生器电路 (5)

2、主控电路模板 (7)

3、组合逻辑电路模块 (8)

4、负载电路 (11)

六、收获与体会，存在的问题 (12)

七、参考文献 (13)

八、附件（元件材料清单、原理电路图或其他说明） (14)

一、主要技术指标和要求

（1）定周控制：主干道绿灯亮45秒，只感支干道绿灯亮25秒；（2）每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；

（3）分别用红、黄、绿色放光二极管表示信号灯；

（4）设计计时显示电路。

二、摘要

在现代城市中，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。目前的交通信号灯电路大多分为主干道电路和支干道电路，通过适当的控制电路分别对主干道和支干道进行控制，达到合理的亮灭规律，从而很好的规人们的出行秩序。

本文设计的简易交通信号灯控制器方案分四大模块：1，脉冲信号发生模块。采用555秒脉冲发生器提供脉冲信号；2，主控制器模块。采用74LS161型4位同步二进制计数器加上清零电路；3，组合逻辑电路模块。利用74LS161的四个输出端和门电路构成组合逻辑电路来输出相应的高电平或低电平；4，负载。通过这四个模块来实现对交通信号灯的控制。

三、总体设计方案论证及选择

方案一：用多个不同步的信号分别控制各信号灯的开关，即分别用持续45S、5S、25S、5S的倒计时计数器来控制各信号灯。

方案二：交通信号灯的状态可以分为四种，且四种状态的周期和为T=45+5+25+5=80S，所以信号灯的每个循环周期为80S，因此，可以利用两个74LS290型十进制计数器组成一个八十进制的计数器的

周期为80*1S=80S。电源接通时，计数器为零，此时主干道绿灯和支干道红灯点亮，其余灯关灭；此后，经过组合逻辑电路使得当计数器的第45个脉冲、50个脉冲、75个脉冲和80个脉冲到来时，分别控制信号灯状态改变，达到预计要求。

方案三：选择74LS161型同步二进制计数器，其共有十六个状态。用555定时器产生周期为5S的时钟脉冲，所有计数器循环周期为16*5=80S，并对应信号灯的80S工作循环。然后将计数器的四个输出端接上相应的组合逻辑电路，产生高电平或低电平分别控制六个信号灯。电源接通时，计数器为零，此时主干道绿灯和支干道红灯点亮，其余灯关灭；此后，经过组合逻辑电路使得当计数器的第9个脉冲、10个脉冲、15个脉冲和16个脉冲到来时，分别控制信号灯状态改变，达到预计要求。

综合分析，方案一电路比较复杂，且要使用我们不熟悉的减法计数器；方案三采用74LS161型四位同步二进制计数器，与方案二的八十进制计数器相比，结构简单，更容易实现，且我们对74LS161型四位同步二级制计数器更加熟悉。所以选择方案三。

四、设计方案的原理框图、总体电路原理图及说明

1、设计方案应满足的信号灯亮灭表

设计方案的原理框图

图1 设计方案原理图2、总体电路图

电路工作原理简要说明：接通电源后，计数器清零，555定时器输出周期为5S的时钟脉冲。计数器输出的信号经过译码电路后，完成如下功能：

清零后，Q3=Q2=Q1=Q0=0，主干道绿灯和支干道红灯置1点亮，其他灯置0关灭；

当第9个脉冲来到时，Q3=Q0=1，Q2=Q1=0，主干道黄灯和支干道红灯置1点亮，其他灯置0关灭；

当第10个脉冲来到时，Q3=Q1=1，Q2=Q0=0，主干道红灯和支干道绿灯置1点亮，其他灯置0关灭；

当第15个脉冲来到时，Q3=Q2=Q1=Q0=1，主干道红灯和支干道黄灯置1点亮，其他灯置0关灭；

当第16个脉冲来到时，Q3=Q2=Q1=Q0=0，主干道绿灯和支干道红灯置1点亮，其他灯置0关灭，即进入下一个工作循环。

五、单元电路设计、主要元器件选择与电路参数计算

1、CP脉冲发生器电路

CP脉冲发生器由555定时器构成的多谐振荡电路，也称无稳态触发器，不需要外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。下图是CB555定时器组成的多谐振荡电路

注：R1，Rp，R2，C是外接元件。

第一个暂稳态的脉冲宽度tp1，即电容C的充电时间为：tp1=R1’*C*ln2≈0.7R1’*C；

第一个暂稳态的脉冲宽度tp2，即电容C的充电时间为：tp2=R2’*C*ln2≈0.7R2’*C；

振荡周期T=tp1+tp2=0.7(R1’+R2’)*C=5S;

振荡频率为f=1/T≈0.2Hz;

得(R1’+R2’)*C=7.14，即(R1+R2+Rp)*C=7.14;

根据以上的计算结果，我选择R1=R2=240KΩ，Rp=240KΩ，C=10μF，T=0.7(R1+R2+Rp)*C=5.04S，与要求结果近似相等，选择方案可行。Vcc=5V,调节Rp时，通过二极管的最大电流Imax=5/240000≈0.00002A=0.02mA。

所以，选择2AP2二极管，其最大整流电流为16mA，反向工作峰值电压为30V。

针对555定时器，我们选择CB555芯片，其管脚图和原理电路图见附件。