数电课设交通灯

1．设计任务--------------------------------------------------------- - 1 - 2.总体设计方案------------------------------------------------------ - 1 - 2.1总述：----------------------------------------------------------- - 1 - 2.2设计思路：------------------------------------------------------- - 2 -

2.3设计总框图如下：------------------------------------------------- - 3 -

3.模块电路设计------------------------------------------------------ - 4 - 3.1秒脉冲发生模块--------------------------------------------------- - 4 - 3.2数码管显示模块--------------------------------------------------- - 5 - 3.3 led发光电路----------------------------------------------------- - 6 - 3.4主控电路--------------------------------------------------------- - 7 - 3.5交通信号灯电路-------------------------------------------------- - 10 - 4．原理总图-------------------------------------------------------- - 10 - 5．元器件清单------------------------------------------------------ - 10 - 6．调试------------------------------------------------------------ - 11 - 7.心得体会--------------------------------------------------------- - 11 - 8．参考文献------------------------------------------------------- - 12 -

1．设计任务

1．设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。具体要求如下：（１）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。

（２）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。可用逻辑开关作主支干道检测车辆是否到来的的信号。

（３）主支干道交替允许通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。

（４）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。

（５）设置45秒、25秒计时、5秒计时显示电路。

2．提示：设计时先用仿真软件Multisim测试设计电路是否正确，无误再制作实际电路。

3．参考元器件：74HC160/190，74HC161，74HC00，74HC08，74HC20，74HC153，74HC138/139，CD4511，CD4060/NE555等。

2.总体设计方案

2.1总述：

本次课程设计这样实现交通灯的控制，交通灯是交通安全的关键，已经广泛用于城乡的十字路口，它的正常工作是交通秩序能够正常进行的有力保障，为了确保十字路口的车辆顺利通行，往往都采用自动控制信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。本次设计主要分为两种情况：支干道有车和支干道无车。整个交通灯控制系统由led灯显示模块，循环控制模块，置数与数码管显示模块和秒脉冲发生模块组成。

图1 支干道有车

图2 支干道没车

2.2设计思路：

由一片74hc161控制交通显示红绿灯的交替循环，共有四个状态，主干道绿灯亮同时支干道红灯亮，主干道黄灯亮同时支干道红灯亮，主干道红灯亮同时支干道绿灯亮，主干道红灯亮同时支干道黄灯亮；同时两片74hc160加法计数器，高片和低片分别和七段显示译码管的十位和个位相连，通过预置数，实现数码显示；

计数时间通过555定时器产生的秒脉冲来实现，各模块之间通过逻辑门来连接。

此外，在实现支干道有无车时，增加了手动复位按钮。

①系统中要求有45秒，25秒和5秒的三种定时信号，设计三种相应的计时显

示器电路。计时顺序用顺计时。定时的起始信号由主控电路给出，定时时间结束的信号也输入主控电路，并通过主控电路去开启和关闭种交通灯或启动另一种计时电路。

②系统要求定时显示电路的输入信号为秒脉冲信号，设计一个可以实现秒脉冲

输出的时基电路。

③主控电路是整个电路的核心，它的输入信号来自45秒，25秒，5秒三个定

时信号。主控电路可以控制各种交通灯的开启和关闭，并反馈信号给计时电路，触发与亮着的信号灯相应的定时电路，使其顺时显示相应时间。

2.3设计总框图如下：

图3 交通信号灯控制的总原理框图

图4模拟十字路口实际情况

3.模块电路设计

3.1秒脉冲发生模块

脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器，因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器，且其对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。555定时器组成的秒脉冲CP1的周期为：T ≈0.7(R1+2*R2)*C,若T=1.0s ，令C1=10uF,C2=0.01uF,R1=47k Ω,R2=47k Ω。根据计算结果，脉冲发生器设计如图5：它向计数电路提供的秒计时CP 脉冲。

图5 秒脉冲发生器原理图

3.2数码管显示模块

此模块由共阴极七段显示译码管、CD4511做译码器中间通过330Ω的电阻相连组成。主要是通过预置给74hc160的三个数45、5、25，再利用74hc160的计数功能计上述的三个数，从而实现数码管的译码、显示。这里硬件电路采用的是七段显示共阴管，每一个数码管配备七个限流电阻，保护其可以正常工作。

图6 数码管显示电路

3.3 led发光电路

交通信号灯采用红、黄、绿三种颜色的发光二极管，共阳极接法，串联入保护电阻，避免电流过大对二级管造成损坏。

译码器采用实验室最常用的74ls138三线八线译码器：

表1 74ls138真值表

显示电路：

图7 译码显示电路

3.4主控电路

交通灯的主控电路时一个时序电路，输入信号为：车辆检测信号（传感器信号）设为A、B，三个定时信号5s、25s、45s设为E、D、C。

控制器的状态转换表如表3所示。

表2

状态主干道支干道时间

S0 绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行45

S1 黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行 5

S2 红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行25

S3 红灯亮，禁止通行黄灯亮，停车 5

逻辑变量的取值含义为：

A=0，主干道无车，A=1，主干道有车；B=0，支干道无车，B=1，支干道有车；C=0,45s

定时未到，C=1,45s定时到；D=0,25s定时未到，D=1,25s定时到；E=0,5s定时未

到，E=1,5s定时到。

状态编码：S0=00，S1=01，S2=11，S3=10。赋值后的状态转换表如表3所示。

将表中的触发器输出化简，并选择JK 触发器，可得状态方程即驱动方程如下：状态方程：Q 2n+1=EQ 2n （Q 1n ）′+ABD ′Q 2n Q 1n +A ′BQ 2n Q 1n +B ′Q 2n Q 1n +ABDQ 2n Q 1n +E ′Q 2n Q 1n =EQ 2n （Q 1n ）′+ (Q 1n +E ′（Q 1n ) ′） Q 2n =EQ 2n （Q 1n ）′+ (Q 1n +E ′) Q 2n

Q 1n+1=A ′B （Q 2n ）′（Q 1n ）′+ABC （Q 2n ）′(Q 1n ) ′+E ′(Q 2n ) ′Q 1n +E(Q 2n ) ′

Q 1n +ABD ′Q 2n Q 1n +A ′BQ 2n Q 1n

= (A ′+AC) B(Q 2n ) ′(Q 1n ) ′+ ((Q 2n ) ′+BQ 2n ((A ′+D)*A) ′) Q 1n =(A*(A ′+C ′)) ′ B(Q 2n

) ′(Q 1n

) ′+(Q 2n

) ′ ((Q 2n

) ′+(BA ′

D) ′)* Q 1n

=(AC ′) ′B(Q 2n ) ′(Q 1n ) ′+（Q 2n (BA ′D) ′) ′Q 1n

驱动方程：J1=B （AC ′）′（Q 2n ）′ K1=（B （AD ）′）′Q 2n J2=EQ 1n K2=E （Q 1n ）′

74LS160芯片如图所示，CLR 为异步清零端，LD 为置数控制端，P 和T 使能端，CP 为时钟输入端，ABCD 为并行置数输入端，QAQBQCQD 为输出端，功

能表如图所示。

74LS160D

图8

表4 74LS160功能表

CLK CLR LD EP ET 工作状态

×0 ×××置零

↑ 1 0 ××预置数

× 1 1 0 1 保持

× 1 1 ×0 保持（但C=0）↑ 1 1 1 1 计数