交通灯课程设计报告
摘要
在今天的交通情况下，很多路口都出现拥堵和秩序混乱的情况，由此可见交通灯在生活中的重要性。我们本次课程设计的题目是交通灯控制器设计，要求设计并制作主/支交通信号灯控制器。我们小组成员通过共同交流和努力，完成了仿真图的设计、电路板的焊接、原理图的绘制。在由主干道和支干道汇成的十字路口，主、支道分别装有红、绿、黄三色信号灯，并完成数码管的置数。
通过本次课设，我们小组成员对数字电路的知识有了更深刻地了解。明白了在课设的各个阶段，我们都必须对元器件的原理非常了解。
目录
1 设计容及要求 (1)
2 方案论证 (1)
3 单元设计电路 (2)
3.1 总原理 (2)
3.2 控制电路 (3)
3.3 时钟产生电路 (3)
3.4 显示电路 (4)
3.5 器件 (5)
3.5.1可预置的十进制同步计数器74LS160 (5)
3.5.2 3 线－8 线译码器74LS138 (5)
3.5.3双时钟方式的十进制可逆计数器74LS192 (bcd,二进制) (6)
3.5.4 七段码译码器CD4511 (6)
4 组装及调试 (7)
4.1 通电前检查 (7)
4.2 通电检查 (7)
4.2.1 555电路模块的检查 (7)
4.2.2 CD4511的检查 (7)
4.2.3 74LS192的检查 (8)
4.2.4 控制电路及相关门电路的检查 (8)
4.2.5 发光二极管的检查 (9)
4.3 结果分析 (9)
5 设计总结 (10)
5.1 体会 (10)
5.2 设计电路的特点和方案的优缺点 (11)
5.3 改进方法 (11)
参考文献、附录Ⅰ、附录Ⅱ............................................................................ 错误!未定义书签。
1 设计容及要求
设计并制作主/支交通信号灯控制器。在由主干道和支干道汇成十字路口，主、支干道分别装有红、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) 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。
(2) 由绿灯亮转换到红灯亮时，黄灯要先亮5秒。
发挥部分：用数码管显示计时时间。
注：用红、绿、黄发光二极管作为信号指示灯。
参考元器件：74HC160/161，74HC190/192，74HC02/08/10/11/21，74HC151/153，74HC138/139，CD4511，NE555。
提示：用Multisim软件验证电路设计是否正确，无误后再制作。
2 方案论证
通过计数器和译码器组成的控制电路来控制六个交通灯的各个状态；通过555电路来控制计数器的置数进而控制数码管的显示；通过计数器的反馈来触发脉冲实现控制电路对交通灯的重置。
方案一：
当接通电源后，通过74LS160和74LS138组成的控制电路的控制，数码管首先显示的示数为：主干道40，支干道45。此时主干道亮绿灯，支干道亮绿灯。555电路产生一个1Hz（相当于周期为1秒）的时钟信号，给74LS192双时钟计数器的减法计数端一个脉冲，让74LS192减法计数，当数码管显示为0时，反馈信号给74LS160，让它改变译码器的状态，进而控制交通灯，同时可以改变74LS192的置数。以此类推，可以实现主干道绿灯，黄灯，红灯，分别为40，5，25秒状态的改变；支干道红灯，绿灯，黄灯，分别为45，20，5秒状态的改变。
方案二：
原理与方案一相同，但是只有一个74LS192和CD4511。
综上所述，选用方案一，因为方案一主干道和支干道分开，显然在生活中更为常见。
总体方框图如下：
图2-1 总体方框图
3 单元设计电路
3.1 总原理
当接通电源后，通过74LS160和74LS138组成的控制电路的控制，数码管首先显示的示数为：主干道40，支干道45。74LS160计数器产生二进制00，01，10，11四个数字循环计数，让138译码器产生每个周期4个状态通过每个状态来决定主支路红绿灯的亮暗。此时主干道亮绿灯，支干道亮绿灯。555电路产生一个1Hz（相当于周期为1秒）的时钟信号，给74LS192双时钟计数器的减法计数端一个脉冲，让74LS192减法计数，当数码管显示为0时，反馈信号给74LS160，让它改变译码器的状态，通过74LS138译码器来显示出每个状态的时间给74LS192的输入端（相当于是192每次计数的初始值），进而控制交通灯，同时可以通过改变74LS192输出让主干道数码管的显示发生变化。
3.2 控制电路
图3-1控制电路
控制电路部分由数据选择器74LS160和译码器74LS138组成，74LS160计数器产生二进制00，01，10，11四个数字循环计数，让138译码器产生每个周期4个状态通过每个状态来决定主支路红绿灯的亮暗。
3.3 时钟产生电路
图3-2 时钟产生电路
555电路产生一个1Hz（相当于周期为1秒）的时钟信号，给74LS192双时钟计数器的减法计数端一个脉冲，让74LS192开始减法计数。
根据需要可知生成的波形为：频率1Hz 占空比为50%
通过公式频率f = 1/T =1/((R1+2R2)Cln2) = 1;
占空比q = (R1+R2)/(R1+2R2);
通过两公式可计算出：
R1 = R2 = 47K 欧；
C = 10uF ；
3.4 显示电路
图3-3 显示电路
该部分电路由可预置的十进制同步计数器74LS160和数码管组成，通过数码管可以观察到电路的工作状态。
3.5 器件
3.5.1可预置的十进制同步计数器74LS160
图3-4 74LS160引脚图
D0- D3并行数据输入端，Q0-Q3 数据输出端
ENP、ENT为计数控制端，当它们同时为1时，160开始计数。
Load为同步置数控制端，当load为1是160置数。
MR为异步清零端，低电平有效。
CLK为时钟计数信号。RCO为进位输出端。
3.5.2 3 线－8 线译码器74LS138
图3-5 74LS138引脚图
A0~A2：地址输入端
STA（E1）：选通端
/STB（/E2）、/STC（/E3）：选通端（低电平有效）
/Y0~/Y7：输出端（低电平有效）
VCC：电源正
GND：地
A0~A2对应Y0——Y7；A0,A1,A2以二进制形式输入，然后转换成十进制，对应相应Y 的序号输出低电平，其他均为高电平；
3.5.3双时钟方式的十进制可逆计数器74LS192 (bcd,二进制)
图3-6 74LS192引脚图
CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。
LD为预置输入控制端，异步预置。
CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，
BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。
3.5.4 七段码译码器CD4511
图3-7 CD4511引脚图
CD4511 是一片CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD 码-七段码译码器。