交通灯定时控制系统的设计、制作

交通灯定时控制系统实验报告一、课题名称：交通灯定时控制系统的设计、制作二、内容摘要：在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。

交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。

三、设计内容及要求：设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。

（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。

（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。

选做扩展功能：（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数； （5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s 内任意设定。

四、系统方案设计：1、分析系统的逻辑功能，画出其框图；交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。

它主要由控制器、定时器、译码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，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

图中：T Y ：表示甲车道或乙车道从绿灯亮切换到黄灯亮的信号，在T L =1过后25s 时T Y =1，表示灯切换，在其他时候T Y =0。

T L ：表示甲车道或乙车道从红灯亮切换到绿灯亮的信号，在T Y =1过后5s 时T L =1，表示灯切换，在其他时候T L =0。

且每个信号都为每30s 循环一次，因此我选用30s 循环的定时器。

T L －T Y = 5sT L T Y图1 交通灯控制系统原理框图2、逻辑设计，对各部分连接处进行定义，建立各部分之间的联系；首先，由定时器组成30s 循环，在25s 时输出切换信号T Y =1，在30s 时输出T L =1，如此构成一个定时器的输出部分。

接下来，由T L 、T Y 提供给控制器信号，在使其在T L 时刻进秒脉冲 发生器控制器 译码器定时器甲车道信号灯乙车道信号灯行红灯灯到绿灯的切换，在T Y 时刻进行绿灯到黄灯的切换。

控制器将在不同的时刻输出S （00）~S （11）共四种状态，来对信号灯6种状态（甲红灯亮，甲绿灯亮，甲黄灯亮，乙红灯亮，乙绿灯亮，乙黄灯亮）进行控制，此过程由译码器进行。

将信号灯状态进行分类，将控制器状态、信号灯状态、车道运行状态进行归类，一一对应。

最终得到表1的状态对应表，如下： 表13、单元电路的设计 ①秒脉冲发生器 由555电路产生。

②定时器定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，进行模30的循环，向控制器提供模25的定时信号T Y 和模30的定时信号T L 。

③控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。

将S （00）~S （11）共四种状态用Q 1、Q 0两个信号来表式。

在此，我没有使用资料中的转换关系和国际关心，而是使用了自己的装换关系，在T L 、T Y 信号来到时实现Q 1、Q 0转换，即可将S （00）~S （11）四种状态进行切换。

具体转换方式请见表2：表2输 入输出 现 态 状态转换条件 次 态 Q 1 Q 0 T L T Y Q 1* Q 0* 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 00 0（保持） 0 1（转换） 0 0（保持） 1 0（转换） 0 0（保持） 0 1（转换） 0 0（保持） 1 0（转换）0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0可见在T Y =1时，Q 0将变换状态；在T L =1时，Q1将变换状态。

用寄存器的翻转可已实现，本人灵感由此而出……④译码器译码器的主要任务是将控制器的输出Q 1、Q 0的4种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。

控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。

控制器状态 信号灯状态 车道运行状态S 0(00) S 1(01) S 3(11) S 2(10)甲绿，乙红 甲黄，乙红 甲红，乙绿 甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行 甲车道缓行，乙车道禁止通行 甲车道禁止通行，乙车道通行 甲车道禁止通行，乙车道缓行表3Q1 Q0AG AY AR BG BY BR0 00 11 1 1 0 1 0 00 1 00 0 10 0 10 0 10 0 11 0 00 1 0五、单元电路设计、参数计算和器件选择：（1）秒脉冲发生器采用1片555芯片，一个100欧姆，一个56K欧姆的电阻，一个10μF电容，一个100nF 电容。

将555接成多谐振荡器。

（2）定时器采用2片74LS163芯片，2个与门，2个非门。

将第一片采用置位法接成十进制的循环方式，同时在输出为9的时候提供进位信号。

将进位信号接入第二片芯片的使能端，把第二片74LS163接成三进制循环。

使得两个芯片共同构成一个30进制循环。

再增加3个与门、1个非门，使输出为25时提供定时信号T Y=1，在输出为30时提供定时信号T L=1。

（3）控制器采用1片74LS74（及两个D触发器），将两个D触发器的Q’输出连接各自的输入D。

使得每增加一个时钟信号，输出翻转。

将第一个D触发器的CLK端接TY输出，输出即为Q0；将第二个D触发器的CLK端接TL输出，输出即为Q1。

这样就可以用简单的方法实现逻辑功能，也就是采用了异步的方式对两个D触发器其进行了控制。

（4）译码器采用1片74LS139 芯片、5个非门和2个与门实现。

由表2可以得到AG= Q1’Q0’AY= Q1’Q0 AR= Q1BG= Q1Q0BY=Q1Q0’BR=Q1’于是，我们可以用74LS139，即二—四译码器实现以上的逻辑功能。

使得Y0通过非门连接AGY1通过非门，再与脉冲信号相与后，连接AYY2通过非门，再与脉冲信号相与后，连接BYY3通过非门连接BRQ1直接连接ARQ1通过反相器连接BR（5）数码管显示器采用2片74LS48芯片和2个共阴极七段数码管连接到2个74LS163上。

用来显示循环，同时便于后面要进行的调试。

总共用器件为：74LS163 2片74LS74 1片74LS139 1片74LS04 2片74LS08 2片74LS48 2片555定时器1片100欧姆电阻1个56K欧姆电阻1个10μF电容1个100nF电容1个共阴极七段数码管2个六、画出完整的电路图，并说明电路的工作原理：电路图总揽：电路图各部分详细图：部分一：此部分包括脉冲发生器，定时器，数码管显示器。

部分二：此部分包含控制器、译码器。

实物图：（略）由于没有想到要拍下来。

七、组装调试部分：主要仪器：函数发生器、万用表调试电路的方法和技巧：首先，断电后进行通路测试，看各高低电平连接是否正常，是不是有虚焊。

接下来，对所连接电路与仿真图进行初步的对照，看是不是有链接错误。

随后通电对电路进行检查，看是否正常。

如果不正常，对芯片进行每根引脚的检查，检查引脚高低电平时否与逻辑正常。

我的调试中出现的故障、原因及排除方法：对于我的电路，开始我用万用表测555一直不出脉冲，所以我选择用函数信号发生器进行了对后面的测试。

不过在当天晚上我就将555调试正常，原因在我将10μF电容反接了，随即更正。

我的电路开始循环显示不正常，我先对循环部分进行了检查，发现没问题。

于是我去检查74LS48的显示电路，发现有一根输入我错误的链接了高电平，随即进行了修改。

又通电试了下，发现循环正常，但是灯不亮。

随即，我对电路进行了与仿真详细的比对，用了我一天的时间，最终将问题缩小在双D触发器上，有一根本该高电平的线，被我接了地。

至此，电路可以正常显示。

庆幸的是我的器件还算正常，除了一个74LS163时好时坏，其他器件都正常，随意我能都比较快的做出结果。

利用剩下的时间我制作了复位键，应对我电路的不足……八、总结设计电路的特点，并提出改进意见：我的电路特点：优点：逻辑部分简单，比资料中的的方法省去2个74LS153。

缺点：我电路的交通灯显示的正常与否，取决于Q0、Q1的初始值。

若果Q0、Q1的初始值为0，则正常显示；但如果其初始值不为0，则显示错误，具体表示就是黄灯的时间和绿灯的持续时间将会调换。

改进的方法：所以我选择连接了复位键。

将74LS163的清零端和74LS74的置零端连接到一个高低电平可以切换的开关处，够成复位键。

九、收获和体会：对于第一次亲手制作集成电路板的我，这次经历很让我难忘。

我觉得这是我们的理论付诸实践的第一次，也将是我们实践的开始。

这次课程设计给我的第一感受是我体验到我们学习的价值所在，把自己的知识做成事物是我们很有成就感的事情，也给我接下来的学习奠定了基础。

让我知道自己该做什么，该在哪方面加强努力。

同时这次电路的设计，也让我感受到自己在知识方面的不足，我还需要回去翻看数电课本才能将电路做出，我在接下来的学习中必须注意前面知识的学习。

十、附录：参考文献：《数字电子技术基础》以及网络资源。

系统需要的元器件清单（引脚图）：555定时器引脚图74LS00引脚图74LS08引脚图74LS163引脚图74LS74引脚图74LS139引脚图。