数字电路交通信号灯设计说明
交通信号灯控制电路的设计与仿真 课程设计说明书
目录1引言 (1)2信号灯的设计内容 (2)2.1信号灯工作方式 (2)2.2控制电路的特点 (3)3单元模块 (4)3.1电源模块 (4)3.2秒脉冲发生模块 (5)3.3计数模块 (6)3.4分频模块 (7)3.5控制电路模块 (9)4交通信号灯的仿真与调试 (12)4.1仿真软件简介 (12)4.2电路的仿真 (12)4.3交通灯完整功能的实现 (14)4.4调试方法 (14)4.5调试中出现的问题、原因分析及解决方法 (14)5总结 (15)参考文献 (16)附录 (17)1 引言数字电子技术基础是高等学校弱电类各专业的一门重要的技术基础课程。
这门课程发展迅速、实用性和应用性强，侧重于逻辑行为的认知和验证。
随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。
那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
同时也随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。
然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。
而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。
所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。
为此，本次设计完成的就是交通灯设计。
以下就城乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。
数字电路课程设计——交通灯设计
学院：班级：姓名：学号：姓名：学号：姓名：学号：序言随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
为此，笔者从数字电子的方向对交通灯进行了深入的研究，以下就城乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。
内容摘要课程设计目的:数字电子技术课程设计是数字电子技术课程的实践环节,是对学生学习数字电子技术的综合训练.学生根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求,独立进行电路设计,工程估算,实验测试与调整,制作(在实验板上)电子产品和写出实验总结报告.通过这一电路综合性实践训练,要达到深化所学的理论知识,培养综合运用所学知识的能力,掌握一般电路的分析方法,增强独立分析问题与解决问题的能力.通过这一综合训练培养学生严肃认真的工作态度和科学作风,为今后从事电路设计和研制电子产品打下初步基础.1．满足所示的顺序工作流程图。
图中设大道方向的红、黄、绿灯分别为DR、DY、DG，小道方向的红、黄、绿灯分别为XR、XY、XG。
设计一个十字路口交通信号灯定时控制器，其要求如下：它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即大道方向绿灯亮，小道方向红灯亮；大道方向黄灯亮，小道方向红灯亮；大道方向红灯亮，小道方向绿灯亮；大道方向红灯亮，小道方向黄灯亮2．应满足两个方向的工作时序。
即大道方向亮红灯时间应等于小道方向亮黄、绿灯时间之和，小道方向亮红灯时间应等于大道方向亮黄、绿灯时间之和。
时序工作流程图见图3所示。
图3所示，大道、小道方向绿、黄、红灯亮时间分别6秒、4秒、29秒，一次循环为39秒。
其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯间歇是静止，当检测到小道有车到来的时候，所有电路才开始工作，在小路没有车到之前一直要保持大路亮绿灯，小道一直保持红灯，在小道亮绿灯的时候，检测大道的来车数量，假如超过三辆车，则要立马执行下一个状态，保证车辆通行正常。
交通灯控制器+数字电路课程设计报告
交通灯控制器+数字电路课程设计报告交通灯控制器是交通管理系统中的重要组成部分，其主要作用是控制道路上的交通信号灯。
随着数字电路技术的发展，交通灯控制器也逐渐向数字化、智能化方向发展。
本文将详细介绍一种基于数字电路的交通灯控制器设计，以及该设计方案的实现和效果。
一、设计方案1.硬件设计硬件设计方案主要包括数字电路的选择、交通灯的控制模块、传感器等。
本方案选用FPGA芯片作为控制芯片，该芯片具有先进的数字信号处理能力和可编程性，便于开发和定制。
交通灯的控制模块包括红灯、黄灯、绿灯三个信号灯的控制器，以及车辆、行人传感器等。
其中车辆传感器主要用来检测车流量，行人传感器主要用来检测行人通行情况。
2.软件设计软件设计方案主要包括程序的设计和调试，以及人机界面的设计和开发。
程序设计方案采用Verilog HDL语言进行实现，采用时序逻辑设计的思路来编写程序，实现红绿灯的控制和状态转移。
人机界面采用C语言进行编写，通过串口通信与控制芯片进行数据传输和控制。
二、实现过程在设计方案确定后，我们进一步开始实现。
首先是电路的焊接和测试，在确定电路正常无误后，再完成程序的编写和调试。
最后是人机接口的开发和完善。
具体实现流程如下：1.电路焊接首先进行电路布线和焊接，将FPGA芯片、光耦隔离器、电位器等元器件焊接到电路板上，以及信号灯、传感器等元器件的接入。
2.程序编写利用Verilog HDL语言编写程序，主要包括红绿灯状态的转移逻辑和相应的信号输出控制。
程序设计过程中，需要注意时序和状态的转移。
3.调试测试完成程序编写后，需要进行相应的调试测试。
通过仿真测试，检查程序逻辑是否正确，排除潜在问题。
在硬件实验平台上进行测试，确定系统能够正常工作。
4.人机界面开发利用C语言编写人机界面，实现与交通灯控制器的交互控制。
实现车辆、行人传感器的数据采集和显示，以及人手动控制交通灯的功能。
三、实现效果通过测试和实验验证，本文的交通灯控制器设计方案具有以下优势：1.使用FPGA芯片作为控制芯片，具有较强的可编程性和数字信号处理能力。
数电课程设计交通信号灯
数电课程设计交通信号灯一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握数字电路基础知识，特别是组合逻辑电路的设计原理；2. 使学生了解交通信号灯的工作原理，并将其与数字电路设计相结合；3. 帮助学生理解交通信号灯时序控制的基本逻辑，并运用所学知识设计简单的时序电路。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力；2. 提高学生动手实践能力，学会使用数字电路设计软件进行电路设计和仿真；3. 培养学生团队合作精神，学会在团队中有效沟通和协作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字电路的兴趣，激发他们探索科学技术的热情；2. 增强学生的交通安全意识，让他们明白科技在生活中的重要作用；3. 引导学生树立正确的价值观，认识到知识为社会进步和人类福祉所做的贡献。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识与实际操作，培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点：学生为高中年级学生，具备一定的数字电路基础知识，对实际操作有浓厚兴趣。
教学要求：教师需注重理论与实践相结合，引导学生主动参与课堂，提高课堂互动性，确保学生在实践中掌握知识。
同时，关注学生的个体差异，因材施教，使每位学生都能在课程中取得进步。
通过课程目标的实现，为学生后续学习奠定坚实基础。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几部分：1. 数字电路基础知识回顾：重点复习组合逻辑电路的设计原理，包括逻辑门、逻辑函数及其简化方法等。
教材章节：第一章 数字逻辑基础2. 交通信号灯工作原理介绍：分析交通信号灯的红、黄、绿三灯的控制逻辑，讲解时序控制的基本概念。
教材章节：第二章 时序逻辑电路3. 数字电路设计软件应用：教授学生使用数字电路设计软件（如Multisim、Proteus等）进行电路设计和仿真。
教材章节：第三章 数字电路设计软件及其应用4. 实践操作：指导学生运用所学知识，设计并实现一个简单的交通信号灯控制电路。
教材章节：第四章 实践操作教学进度安排：1. 第一周：回顾数字电路基础知识，介绍交通信号灯工作原理；2. 第二周：讲解数字电路设计软件的使用方法，进行电路设计；3. 第三周：分组进行实践操作，设计并实现交通信号灯控制电路；4. 第四周：验收成果，总结评价。
数电交通信号灯控制器设计
图3-11交通灯信号控制电路
4调试及检测
4.1 制作
按照总的电路图，规划电路总布局，以使电路连接简单、明了。首先一个模块一个模块连接，连接好一个模块，就检测一个，包括芯片，电路板，及导线是否接正确且接稳等，以防整体检测时不必要的麻烦。
4.2 调试
整体连接完毕，进行调试，看是否和仿真结果相同。如有出入，仔细检测电路，查出问题所在。这样不断调试，直到达到预期结果。
图2-1 交通指示灯状态转换图
2.2 方案设计
2.2.1 方案一（个人方案）设计
交通信号灯控制原理图如下图所示：
图2-2交通信号灯控制原理图
根据设计方案的要求，我们可以依据南北方向和东西方向交通信号灯的亮灭情况画出以下的时序状态图：
图2-3交通信号灯状态时序图
首先用NE555定时器产生1Hz脉冲作为时钟脉冲信号源，用74LS161构成五进制计数器，产生五进制数，并且每五秒自动清零，同时利用清零信号给74LS164移位寄存器一个脉冲信号，使移位寄存器每5秒发生一次移位，然后通过74LS164移位寄存器分别实现5秒，20秒，25秒和30秒的循环控制，30秒后禁止信号输入移位寄存器，再过25秒信号又可以重新输入移位寄存器，这样就可以分别使东西方向和南北方向对应的红灯和绿灯亮和灭，最后用黄灯信号和脉冲信号源进行与逻辑运算，使得黄灯能够每秒闪烁一次，闪烁时间为5秒。
交通信号灯控制器设计
1 方案设计
1.1 方案设计意义
现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。
1.2 方案设计要求
电子系统设计——交通信号灯
一、课程设计目的伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高，汽车的数量在D的DEA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息，通信，自动，控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。
随着技术市场与人才市场对DEA的不断的增加，交通的问题日益突出，单单依靠人力来指挥交通已经不可行了，所以，设计交通灯来完成这个需求就显的越加迫切了.为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过，往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。
以下就是运用数字电子设计出的交通灯：其中红灯亮，表示该条路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示允许通行。
通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为后继专业课的学习和日后工程实践奠定基础。
二、设计方案在设计方案之前，我们应明确课程设计的任务和要求：该系统完成对十字路口交通信号灯的控制，十字路口由一条南北方向的支干道(简称A道)和东西方向的主干道(简称B道)构成。
A道安装有车辆检测传感器X，当该道有车时，传感器输出信号为高电平，当该道无车时，传感器输出低电平信号。
十字路口交通灯控制规则为：当A道无车时，传感器输出X＝0，A道红灯一直亮，B道绿灯一直亮，直到60s定时时间到且A道有车为止；当B道通行15s且A道有车时，B道绿灯亮变成黄灯，经过5s后变成红灯亮，A道由红灯亮变成绿灯亮，直到30s定时时间到或者X＝0为止；最后A道黄灯亮，B道红灯亮，直到5s定时时间到，再回到B道绿灯亮，A道红灯亮的初始状态。
2.1 问题分析设东西和南北方向的车流量大致相同，定为红灯30sec，黄5s从题目中计数值与交通灯的亮灭的关系如下图所示：2.2 制定设计方案如图3十字路口交通灯控制系统由定时器模块、控制器模块和输出模块组成。
定时器模块由30s 、5s 、60s 三个定时器构成，分别确定A 道、B 道通行时间（绿灯亮时间）、缓冲时间（黄灯亮时间）和禁止时间（红灯亮时间）。
三个定时器采用以秒为时钟的计数器来实现，er ，ey ，er 分别是三个定时计数器的工作使能信号，即当eg ，ey ，er 为1时，相应的定时器计数；tm60、tm5、tm30为定时计数器的计数指示信号，当计数器在计数过程中，相应的指示信号为0，当计时时间到即计时结束时，相应的指示信号为1。
基于数字电子技术的交通灯系统设计说明书
X X 大学电子线路综合设计交通灯控制电路设计XXX08班级：XX工程X班组别：XX 指导教师：XXX20XX年X月本课题是关于交通灯控制电路的设计。
本文从课程设计的题目要求出发，设计了一个南北方向和东西方向十字路口的交通灯控制电路。
本交通灯控制电路采用74LS193可预置四位二进制双时钟可逆计数器实现计数功能，并通过一系列集成逻辑门电路芯片控制红绿灯的交替显示。
本交通灯控制电路系统是基于石英晶体，以及CD4060分频器、74LS74分频器、74LS193可预置四位二进制双时钟可逆计数器、CD4511译码器等中小规模集成芯片，数码管显示器和绿黄红发光二极管指示灯所组成的电路，采用Proteus软件进行电路仿真。
通过对各单元电路的分析设计，实现总体电路的功能。
由石英晶体组成的石英晶体振荡器电路输出时钟脉冲信号。
采用74LS193组成计数电路，通过一系列逻辑门电路实现红绿灯的交替显示。
按照课题的要求，用74LS193设计了倒计时电路，通过译码器连接数码管显示红绿灯的倒计时。
它的计时周期为50秒，其中主车道通行时间为30秒，支干道每次通行时间为20秒。
本电路设计的优点是，用了尽量少的芯片实现了课题所要求的功能，既实现了红绿灯的指示，又以倒计时的方法对红绿灯的时间进行了显示。
由于采用了石英晶体振荡器，大大提高了电路的稳定性与精度。
关键词交通灯控制电路 proteus仿真电路设计1 设计题目 (1)2 设计任务 (1)2.1 设计任务及指标 (1)2.2 设计相关提示 (1)3 交通灯控制电路系统设计 (1)3.1方案比较 (1)3.2 交通灯电路结构框图 (1)3.3 交通灯电路设计 (2)3.3.1 脉冲电路 (2)3.3.2 计数电路 (3)3.3.3灯控制电路 (3)3.3.4 倒计时电路 (5)4 实验数据、误差分析及结论 (7)5 课程设计的收获、体会和建议 (8)致谢参考文献附录一交通灯电路原理图附录二元器件表附录二交通灯实物图1设计题目交通灯控制电路设计2设计任务2.1 设计任务及指标（1）要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒；（2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）；（3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；（4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；（5）同步设置人行横道红、绿灯指示。
数字电路课程设计交通灯
结合光感传感器和交通 流量监测器，实现交通 灯的自动控制和亮度调 节，进一步提高节能效 果。
06
系统测试与性能评估
测试方案制定
测试目标
确保交通灯控制系统在各种场景下正常工作，满足设计需 求。
测试环境
搭建与实际交通环境相似的模拟测试环境，包括道路布局 、车辆和行人流量等。
测试工具
使用专业的测试设备和软件，如逻辑分析仪、示波器等， 对电路信号进行测试和分析。
随着环保意识的提高，可以考 虑在交通灯设计中采用更环保 的电子元器件和材料，以及更 节能的控制策略，以降低交通 灯的能耗和对环境的影响。
感谢您的观看
THANKS
硬件电路搭建
根据设计需求，合理选用了逻辑 门电路、计数器、译码器等电子 元器件，成功搭建了交通灯的硬 件电路。
软件编程与仿真
使用VHDL或Verilog等硬件描述 语言对交通灯控制器进行了编程 ，并通过仿真验证了设计的正确 性和可行性。
经验教训分享
团队协作的重要性
时间管理的关键性
理论与实践的结合
在课程设计过程中，我们深刻体会到 了团队协作的重要性。只有团队成员 之间充分沟通、分工明确、相互支持 ，才能高效地完成设计任务。
具备手动控制功能
在特殊情况下，如交通拥堵、道路维修等，可以通过手动控制改变 交通灯的状态。
状态机设计
状态定义
根据交通灯的亮灭状态，定义不同的状态，如红 灯亮、绿灯亮、黄灯亮等。
状态转换条件
根据交通灯的时序和特殊情况，设定状态转换的 条件，如时间到、紧急车辆通过等。
状态转换实现
通过硬件描述语言（如VHDL或Verilog）实现状 态机，根据转换条件实现不同状态之间的转换。
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下载可编辑 .专业.整理. WuYi University 数电课程设计 题 目： 两路交通灯设计 院 系： 电子工程系 专 业： 电子信息工程 班 级： 电信（2）班 学 号： 20094082041 学生： 周磊
指导教师： 有机 下载可编辑 .专业.整理. 摘 要 本文主要对此次数电开放实验进行总结性报告，罗列了电路的电路原理与流程图、硬件结构设计、焊接与调试。对于出现的问题进行解释说明其一系列后续工作的介绍。
Abstract
In this paper, the number of power open to this experiment summary report, a list of the circuit schematic and flow diagram, hardware design, welding and debugging. For the problems to explain a series of follow-up work on its introduction. 下载可编辑
.专业.整理. 1．绪论............................................................................ 4 2硬件电路结构设计 ................................................................. 4 2.1设计要求及电路流程图 ....................................................... 4 2.1.1设计要求 ............................................................. 4 2.1.2电路流程图 ........................................................... 5 2.2单元电路设计 ............................................................... 5 2.2.2交通等状态显示设计 ................................................... 8 2.2.3秒信号设计 .......................................................... 11 2.2.4置数控制系统设计 .................................................... 12 3．制板焊接与调试 ................................................................. 15 3．1制板 ..................................................................... 15 3．1．1PCB图的制作 ....................................................... 15 3.1.2电路板的制作 ........................................................ 16 3.2焊接 ...................................................................... 16 3.2.1准备工作 ............................................................ 16 3.2.2实际焊接 ............................................................ 17 3.3电路调试 .................................................................. 17 3．1.1准备工作 ........................................................... 17 3．1.2具体调试 ........................................................... 17 3．3.1故障分析 ........................................................... 18 4．改进与创新 ..................................................................... 18 5．原器件清单 ..................................................................... 18 6．参考文献 ....................................................................... 19 总结 ............................................................................. 20 附录 ............................................................................. 21 下载可编辑
.专业.整理. 两路交通灯设计 1．绪论 交通信号灯与我们的生活紧密相连，设计交通灯不仅具有实用性,还加深了本人对数字电路理论知识的理解。通过这次动手实验，死板的课本知识就融入到动手能力中去了。 《数字电路》是一门发展迅速，实践性很强的电子技术专业基础课程。由于数字电子技术具有很强的灵活性，我们的日常生活已经越来越离不开它了。用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到中规模逻辑器件；70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。 由于数字电路技术的逻辑性很强，用它来设计交通灯的控制系统很容易实现。只要数字集成块在一定围输入，都能得到确定的输出，调试起来也比较容，电路的工作状态会比较稳定。 这次的设计就是通过一些基本的数字芯片组合来实现对十字路口交通等的六个不同信号灯的控制，另外还加以倒计时数码管显示。以做到十字路口信号灯的仿真模型，这个电路的设计看似较为复杂，其实就是一些基本的数字电路组成。只要将整个电路的基本方向确定下来，画出电路流程图，在对各项功能进行设计，一步步突破，最后进行整理总结。
2硬件电路结构设计 2.1设计要求及电路流程图 2.1.1设计要求 1. 设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求； 下载可编辑 .专业.整理. 2. 必须独立完成设计课题； 3. 合理选用元器件； 4. 按时完成设计任务并提交设计报告。
2.1.2电路流程图 根据实际的交通信号灯，设计一个交通灯信号控制器。甲、乙车道交替通行，甲车道每次放行25秒，乙车道放行25秒，绿灯亮表示通行，红灯表示停止。每次绿灯变红时黄灯先亮5秒。该交通灯控制系统的组成框图如下图2-1所示。状态控制器主要记录交通灯的工作状态，通状过状态译码器点亮相应状态的信号灯，秒信号发生器产生整个定时系统的时间脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到每一种工作状态持续时间。减法计数器的减进位脉冲使状态控制器完成状态转换，同时减进位根据系统下一个工作状态决定下一次减计数的初始值。减法计数器的状态由bcd译码器译码，数码管显示。
图2-1电路流程图 2.2单元电路设计 2．2.1状态控制器设计 根据电路流程图，各信号灯工作顺序流程如2-2图，信号灯四种不同状态分别用S0（甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮），S1(甲车道黄灯亮，乙车道还是红灯)，S2（甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮），S3（甲车道还红灯亮，乙车道黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如图2-3所示。下载可编辑 .专业.整理.
图2-2信号灯流程
图2-3信号灯状态转换图
根据上述流程图和状态转换图，我们可以用一个两位十进制计数器实现，如74160，再用一个3线8线译码器74138译码器与显示电路相连。电路图如下。 下载可编辑 .专业.整理. 图2-4状态译码器电路图 其中74160的CLK接受来自减法计数器的借位输出，74138的Y0、Y1、Y2、Y3去置数和控制信号灯的状态。当减法计数器高位同时出现借位时就会给clk一个脉冲，由于减计数器借位输出为低电平，而160需要高电平触发。所以加一个非门可以构成四进制计数器。经过74138译码后控制交通灯的状态变化以及置数的变化，从而控制整个系统，其中74160的QC端经过一个非门接其置数端，当QC为1时，计数器置数回到0，从而控制电路的状态循环，同时QA，QB的变化经过译码器74138后控制整个电路及交通灯的循环。
74LS160芯片介绍: 74LS160 是一个具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变的十进制上升沿计数器 ,管脚图如2-5。只有当 EP、ET 均为高电平时160才能正常工作。CLR为清零端。表2-1为160功能表