(完整word版)交通灯课程设计

数字逻辑课程设计报告
姓名：
学号：
选课号：
一、设计题目
交通灯控制器
二、设计要求
1．东西方向为主干道，南北方向为副干道；
2．主干道通行40秒后，若副干道无车，仍主干道通行，否则转换；
4．换向时要有4秒的黄灯期；
5．南北通行时间为20秒，到时间则转换，若未到时，但是南北方向已经无车，也要转换。

6．附加：用数码管显示计时。

三、设计过程
1．交通控制灯总体设计方案
整个交通控制灯电路可以用主控电路控制交通灯电路的亮灯顺序，用计数器控制亮灯时间并给译码器输入信号以便数码管显示时间，用函数发生器产生频率为1Hz的矩形波信号以供计数器计数。

框图如下：
十字路口车辆运行情况只有4种可能（在副干道有车时）：
(1)设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为40s。

(2)40s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为4s。

(3)4s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20s。

(4)20s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为4s。

4s后又回到第一种情况，如此循环反复。

因此，要求主控制电路也有4种状态，设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。

即：
状态转换图如下：
这四个状态可以用用一个4进制的异步清零计数器(74LS160)进行控制并作为主控部分，控制亮灯的顺序。

再用两片计数器(74LS160)控制亮灯时间，分别计数40、20、4。

2．主控电路
主控电路是由一块74LS160接成的4进制计数器，即当QC为1时用异步清零法立刻将计数器清为零，同时，另外两片74LS160计数器产生的清零信号与主控电路的计数器的计数CLK连接，即当计数器一次计数完成后（一种的状态的亮灯时间过后），计数器清零，同时主控电路CLK接收一个脉冲，跳至下一状态。

如此循环变可实现四个状态的轮流转换。

3．计数器
计数器的作用：一是根据主干道和副干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行40s、20s、4s 3种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。

计数器除需要单位脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。

计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态S0时开始40s 计数；若在S0状态的40s过后，副干道没有车，则使主控制器始终清零，保持在S0状态（单刀双掷开关处于高电平），继续保持主干道路灯亮，副干道红灯亮。

40s后如果副干道有车，则恢复主控制器正常状态（单刀双掷开关处于低电平），计数器产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始4s计数，4s后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始20s 计数；如果副干道一直有车则20s后也产生归零脉冲，使主控制器进入S3状态，如果在20s内没有车，则给主控制器传送一个脉冲信号（即按下按键开关，此时单刀双掷开关处于低电平），使主控制器直接跳到S3状态，同时计数器清零，计数器又开始4s计数；4s后同
样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。

根据以上分析，设40s、4s 、20s、4s计数的清零信号分别为A、B、C，D，S0状态时副干道有车信号为P，S2状态时副干道有车信号为Q，则计数器的归零信号S为： S=A+B+C+D+Q
A=0X·1X·（Q2高位）
B=0X·1X·(Q1高位)
C=0X·1X·(Q2低位)
D=0X·1X·(Q2低位)
Q=1
主控制器的归零信号为： P=0X·1X·1
电路图如下：
4．灯控电路
主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。

设灯亮为1，灯灭为0，则交通控制灯的译码电路的真值表如下：
交通控制灯的译码电路的真值表
由真值表可写出六盏等的逻辑式,经化简获的六盏灯逻辑式为：
1101011010
111R X Y X X G X X R X Y X X G X X ======
根据灯控函数逻辑表达式,可画出由与门和非门组成的状态译码器电路,如图所示。

将状态控制器，与三色信号灯相连接，构成三色信号灯逻辑控制电路，如图所示：
5．交通控制灯原理图
元件清单为：
6．74LS160功能简介
74LS160芯片是一个具有清零、置数、保持、十进制计数等功能
的计数器。

其引脚图如下：
CLK是脉冲输入端口，低电平有效；（一
般情况下CLK为高电平有效，本次实验
的CLK是低电平有效，设计电路要特别
注意）
ABCD数据输入端；
LOAD为预置端，低电平有效；
QaQbQcQd数据输出端；
74LS160真值表
四、设计结论
1．数码管时序图
上图是0-18s的时序图，0-10s内，低位从0变到9，高位为0，当低位从9变为0时，高位从0变为1，低位继续计数至输出39。

2．主控制器时序图
当高位计数至3、低位计数至9，即过了40s，S0状态结束，主控制器由00变为01，同时高位与低位同时清零，进入状态S1的计数，4s后，主控制器由01变为10，进入状态S2，同时高位与低位同时清零，进行20s的计数，之后进入S3状态，最后再回到S0状态，如此循环。

3．交通灯时序图
当40s时，主控制器由00变为01，则主干道绿灯灭，副干道不变，在主控制器为01的4s内，主干道黄灯一直亮，4s后，主干道黄灯灭，红灯亮，副干道由红灯变为绿灯，进入S2状态；S2状态结束时已经是总第64s，进入S3时，主干道维持不变，副干道绿灯灭，黄灯亮，由S3进入S0时，主干道红灯灭，绿灯亮，副干道黄灯灭，红灯亮，然后重复。

4．特殊情况（副干道无车）时序图
当主干道通行时，40s后副干道无车，则将单刀双掷开关拨至高电平(图中双掷开关一直处在高电平)，由上图可以看到40s后主控制器仍处在S0状态，两个数码管归零，重新计数。

脉冲
当单刀双掷开关拨至低电平，在S2状态内（总第44-64s内），若副干道无车，则按下按键开关，给一个脉冲（由于时间极短，原图中未能显示，上图中的脉冲式加上去的，便于观察），则主控制器直接跳入S2状态，同时译码管归零，重新开始S2状态的计数。

5．结果分析
通过以上分析，交通控制灯的要求全部实现。

6．设计中遇到的问题
（1）交通74LS160的CLK 是低电平有效，设计的时候应特别注意；（2）刚开始设计时，把低位74LS160的RCO通过反相器连到高位的CLK上，结果发现当低位数码管显示9时，高位已经变成1，后改成现在的连接方式，即并行级联方式。

（3）刚开始总的设计思路总想不出来，后来通过翻阅有关书籍和上
网查询，最终确定了试验总体思路；
（4）实验中CLK的产生本应使用555定时器，但没有调出来，由于电子实验课上使用的是1Hz的函数发生器产生脉冲，故本实验也采用这种方式。

7．设计心得和体会
本次实验采用multisim搭建电路，最后仿真成功。

设计过程中出现了不少问题，因为根本就不知道从哪里入手，虽然课本上有很多理论知识，但仅仅有理论的指导而没有实践能力是不行的，自己的动手能力差，对所学知识的理解和灵活运用的能力还远远不够，虽然最后解决了所有的问题，但自己的不足也显现了出来。

通过这次实验，我认识到了自己在学习上暴露出来的问题，知道了对知识的理解不能仅仅的停留在书本上，还要在实践中检验，相信通过以后的学习，自己会不断提高自己实践能力。