数字电路课程设计交通灯控制器 (1)

数字电路课程设计报告书

题目：交通灯控制器

一实验目的

1.综合应用数字电路知识设计一个交通灯控制器。了解各种元器件的原理及其应用。

2.深入了解交通灯的工作原理。

3.锻炼自己的动手能力和实际解决问题的能力。

二实验要求

1）在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一个方向是绿灯，黄灯，红灯，另一方面是红灯，绿灯，黄灯。

2）设置一组数码管，以计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上绿灯亮的时间为20秒，另一个方向上绿灯亮的时间是30秒，黄灯亮的时间都是5秒。

3）当任何一个方向出现特殊情况，按下手动开关，其中一个方向常通行，倒计时停止，当特殊情况结束后，按下自动控制开关，恢复正常状态。

4）选作：用两组数码管实现双向到计时显示。

三使用元件

器件型号数量器件型号数量

161 2 LED 6

08 2 电阻4.7K 1

04 3 电阻150K 1

00 1 电阻100欧姆 1

48 2 电容4.7uF 1

74 1 电容103 1

555 1 数码管 2

面包板 1 斜口钳 1

四总体方案的设计

1．分析系统的逻辑功能，画出其框图

交通灯控制系统的原理框图如图所示。它主要由控制器、定时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，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器，数码管和二极管的工作。

主控部分秒脉冲发生

器

交通灯

倒计时控制

部分

数码管显示反馈

控制

2．分析系统的状态变化，列出状态转换表：

（1）主干道绿灯亮，支干道红灯亮。表示主干道上的车辆允许通行，支干道禁止通行。

（2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。表示主干道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，支干道禁止通行。

（3）主干道红灯亮，支干道绿灯亮。表示主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通行。

（4）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行，支干道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。

交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示：

控制状态信号灯状态车道运行状态

S0（00）主绿，支红主干道通行，支干道

禁止通行

S1（01）主黄，支红主干道缓行，支干道

禁止通行

S3（11）主红，支绿主干道禁止通行，支

干道通行

S2（10）主红，支黄主干道禁止通行，支

干道缓行

五单元电路的设计

1）秒脉冲产生电路

通过555芯片按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生周期不同的

方波脉冲，即不同的频率脉冲。课程设计需要秒脉冲，利用2个电容，2个

电阻。

脉冲产生

2) 红绿灯（发光二极管）显示电路

红绿灯显示是表示电路所处状态，受到主控电路控制，即主控电路的输

出（A和B）决定了主干道和支干道的红绿灯的亮灭情况。

如亮用1表示，灭用0表示，则有，

A B 主红(R) 主黄(Y) 主绿(G) 支红(r) 支黄(y) 支绿(g)

0 0 0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 0 1 0 0

1 1 1 0 0 0 0 1

1 0 1 0 0 0 1 0

所以，R=A Y=~AB G=~A~B

r=~A y=A~B g=AB

红绿灯显示电路接线如下:

3）计时部分电路

计时器状态产生模块：

设计要求对不同的状态维持的时间不同，而且要以十进制倒计时显示出来。采用两个74LS161完成计时器状态产生模块设计。

设计思路：

要以十进制输出，而又有一些状态维持时间超过10秒，则必须用两个74LS161分别产生个位和十位的数字信号。显然，计数器能够完成计时功能，我们可以用74LS161设计，并把它的时钟cp接秒脉冲。74LS161计数器是采用加法

计数，要想倒计时，则在74LS161输出的信号必须经过非门处理后才能接入数码管的驱动74LS48，而在显示是以0---9显示计时，故在设计不同模值计数器确定有效状态时，以0000，0001，0010-----1111这些状态中靠后的状态为有效状态。

例如：有效状态1011—1100—1101—1110—1111

取非 0100—0011—0010—0001—0000

即 4------3-------2--------1---------0

实现模5的倒计时。

1.首先对控制个位输出的74LS161设计

按要求对系统的状态不同，个位的进制也就要求不同。利用系统的状态量A,B 控制74LS161的置数端D0D1D2D3。当系统处在Gr或Rg状态时，个位的进制是十（模10），即逢十进一，当系统处在Yr或Ry状态时，个位的进制是五（模5），即逢五进一，模10时，有效状态为0110，0111，1000，-----1111，置D3D2D1D0为0110，模5时有效状态为1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D为1011，由此有，

A B D3 D2 D1 D0

0 0 0 1 1 0

0 1 1 0 1 1

1 1 0 1 1 0

1 0 1 0 1 1

D0=D3＝~（~Y~y） D2=~(~G~g) D1=1

当状态为1111时，74LS161的状态必须跳到进入下一个循环，此时进位输出为1，把它的CO非接入置数端[LD]。

2.再对控制十位输出的74LS161设计。同设计控制个位输出的74LS161基本

类似，用系统状态量A,B控制十位74LS161的置数端D3D2D1D0。当系统处于Gr状态时置D3D2D1D0为1101，当系统处于Yr或Ry时置D3D2D1D0为1111，当系统处于Rg时置D3D2D1D0为1110，有，

A B D3 D2 D1 D0

0 0 1 1 0 1

0 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 0

1 0 1 1 1 1

D3=D2=1 D1=A+B=~G D0=~A+~B=~g

同理我们将CO2非接入置数端[LD]

***对一些级联的处理

当计数超过10秒时，个位需向十位进位，此时十位计数，其它时间其保持不变，通过控制十位的CLK端实现这一功能，个位的CO1非连接十位的CLK 端，当个位需进位，即完成一次循环，CO1为1，则十位有脉冲,十位开始计数，其他时刻CO1=0,十位没有脉冲，十位保持。

设计时把CO1,CO2的与接入主控电路的双上升沿D触发器的cp，当完成一次计时，个位和十位同时完成循环，此时CO1=CO2=1,（其它时刻为0）cp出现一上升沿，触发器计时，即系统跳到下一个状态，计时器开始下一次计时。

4）主控电路

在设计要求中要实现四种状态的自动转换，首先要把这四种状态以数字的形态表示出来。可以两位二进制数表示所需状态（00—Gr, 01—Yr, 11—Rg, 10—Ry）,循环状态：（00—01—11—10—00）数字电路课程中介绍的计数器就是通过有限几个不同状态之间的循环实现不同模值计数，由此设计一模值为4的计数器，其输出（代表不同状态）既可以循环转换，而且能够控制其他部分电路。在课程设计中利用74LS74（双上升沿D触发器）设计模4计数器作为主控部分电路。

主控电路：

六. 总系统电路图（附后面）

七. 心得体会及分析

课程设计的这两周，当中有苦也有乐，从苦乐中我学到了很多东西。不仅很好的复习了一下数电所学的内容，而且提高了自己的动手实践能力。

第一天听了老师的讲解，我了解了交通灯所要完成的各项要求和所需的各种器件。接下来就是去图书馆查资料，仔细看了几本讲解交通灯的书，我对所要设计的交通灯有了进一步的了解。开始设计电路，一部分并不难，但要把每一部分连在一起，最终实现要求就挺难的。设计好电路后，我去实验室进行电路的仿真。仿真出来后发现倒计时错了，我观察了数字的变化，经过多次尝试，改了两片161的级联和

脉冲，最后倒计时和灯都符合要求了。

仿真出来特别开心，等到连接电路的时候发现实际的连接线路要考虑布线、器件的位置等，还是有一定的难度的。不过经过两天的努力，终于把电路连接好了，插上电源一试，数码管都不亮，后来查出正负极短接了，但是就是不知道哪里短接，问了数码管亮的同学才知道数码管不要接正极，是共阴极的。电路终于好了，倒计时，灯都好了。电路是不允许出现一点错误的，一个管脚连接出现问题，都可能导致整个电路的功能不能实现。因此我们要有认真严谨的科学态度和足够的耐心。

这次课程设计不仅仅是一次动手能力的实践，也是锻炼我们思维能力和意志力的实践，我们从书上学到的是死知识，但通过课程设计，活跃了我们的思维，也给了我们一个发挥自己创新能力的机会。

既是动手实践就会遇到各种问题，也会面对重重困难，不畏艰难，就是我们解决问题的方法。感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。