电工课程设计(交通信号灯原理设计)

电子与电工技术课程设计

实

验

报

告

题目：交通信号灯控制电路设计

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一、设计任务及要求

为了确保十字路口的车辆顺利通过，往往采用自动控制的交通灯信号灯来进行指挥。

（1）其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；

（2）黄灯（Y）亮表示停车，绿灯（G）亮表示允许通行；

（3）黄灯亮时要求每秒钟闪亮一次；

（4）东西、南北方向除了有红（R）、黄（Y）、绿（G）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）；

二、课程设计实验预习要求

（1）复习数字系统设计基础。

（2）复习多路数据选择器、二进制同步计数器的工作原理。

（3）根据交通灯控制系统框图，画出完整电路图。

三、设计原理与电路

1.分析系统逻辑功能，画出系统框图

控制系统原理图

交通灯原理控制如上图所示，它主要由秒脉冲发生器、定时器、译码器、控制器等部分组成。秒脉冲发生器是本实验中控制器和定时器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯控制信号，经驱动电路驱动后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它接受来自定时器的信息后控制译码器工作。

2.单元电路的设计

1）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。（1）交通灯的四种工作状态的转

变是由控制器进行控制转换的，

它们的工作方式满足如右图顺序

工作流程，设东西向的红、黄、

绿灯分别为EW(R)、EW(Y)、EW(G)，

南北向的红、黄、绿灯分别为

NS(R)、NS(Y)、NS(G）。

状态1：东西方向车道的绿灯亮，

车道通行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行。

状态2：东西方向车道的黄灯亮，车道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行；

状态3：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道通行；

状态4：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车道缓行；

四个状态用时所占比例分别为5:1:5:1,所以，计数器每次工作的循环周期为12，所以可以选择12进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模74LS164八位移位寄存器组成钮环形12进制计数器，钮环形计数器的工作状态如下表所示：

根据状态表，列出东西方向和南北方向绿、黄、红的逻辑表达式：

东西方向

绿: 4*5EWG Q Q =

黄: 4*5(*1)EWY Q Q EWY EWY CP '==

红: 5EWR Q =

南北方向

绿: 4*5NSG Q Q =

黄: 4*5(*1)NSY Q Q NSY NSY CP '==

红: 5NSR Q =

由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标1秒和EWY 或NSY 黄灯信号相“与”即可。

交通灯时序工作流程图

（2）显示控制部分

显示控制部分是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。译码显示可用74LS248 BCD 码七段译码器，显示器用LED 显示器，计数器

采用可预置加、减法计数器，如74LS168，74LS193等。

倒计时计数器

十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观的把握时间。两个方向的工作时序：东西向亮红灯时间应等于南北向亮黄灯和绿灯时间之和，南北向亮红灯应等于东西向亮黄灯和绿灯时间之和。假设每个单位时间为5s，则南北、东西向绿、黄、红灯亮时间分别为25，5，30s，一次循环为60s。其中，红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直到减到数为“0”。十字路口绿、红、绿灯交换，一次工作循环结束，再进入下一步某方向的工作循环。在倒计时过程中，计数器还向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0。计数器选用集成电路74LS168进行设计。74LS168是十进制4位同步可逆计数器。

74LS168引脚图以及功能图

现选用两个74LS168芯片级联成一个从可任意设定时间00~99倒计时的计数器，将计数器的P、T接地，将东西方向的两个计数器LD通过与非门连接起来，十位的CP端与个位的U\D端相连，将十位的A,C,D接地，B端接“1”，个位的A,B,D

接地，C端接“1”，输出端依次与74LS248相连。南北方向的计数器，接线与东西方向的相同，其中作为个位数的74LS168芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），当个位数减到0时，再减1就会变成9，0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74LS168芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。

决定倒计时是置数，还是计数。工作开始时，LD为0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。

显示控制与译码器

向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0：T0表示倒计时减到数“00”（也即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置数），T0=1，此时T0给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把两个74LS168计数器的8个输出端用一个集成的八输入一输出或门连起来。T5表示倒计时减到数“05”时。T5=1，此时T5给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯的不变。接法为：当减到数为“05”（0000 0101）时，把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、QD用一个或非门连起来，再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与非门连接起来。

译码器的主要任务是将控制器的输出74LS248是BCD码到七段码的显示译码器，它可以直接驱动共阴极数码管。

74LS248的外引线排列图和状态表

（3）夜间黄灯闪烁控制

在夜间将开关S1接地，此时，东西、南北方向的红灯和绿灯输入的是低电平，所以红灯和绿灯不亮，黄灯输入的是频率为“1”的脉冲，黄灯以频率为“1”闪烁。

2）汽车模拟控制电路

当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位放光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。它由74LS164组成钮环形计数器，由秒脉冲电路经分频后（4分频）输入给74LS164，这样，74LS164

为每4秒向前移一位（计数一次）

74LS164外引线及排列图

74LS164真值表

74LS164时序图

汽车模拟控制电路图

五、实验仪器及设备

（1）数字电子技术试验系统箱

（2）直流稳压电源

（3）交通信号灯

（4）集成电路：74LS168,74LS248,及门电路等

（5）电阻

（6）开关

六、实验结果分析

用移位寄存器组成汽车模拟控制系统，当某一方向绿灯亮时，则绿灯亮“G”信号，使该电路方向的移位通路打开，而当黄、红灯亮时，则该方向的移位停止，为南北方向的汽车模拟控制电路。

当东西方向绿灯亮，而南北方向红灯亮时，南北方向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字“30”开始向下减，当减到“5”时，绿灯灭而黄灯亮（闪耀）直至到“0”，然后红灯亮。计数器又从“30”开始以减法计数，一直到“0”，然后绿灯亮，进入下一个循环。

由于公路在不同时间段内，行车量不同，可以修改行车时间，以改变交通状况。

七、参考资料

1、《电子线路技术实验与课程设计》

2、《数字电子技术简明教程》

3、《数字电子技术实验教程》

八、总结体会

开始拿到题目的时候，还不知道怎么去做，因为自己对这门课的一般设计都不怎么会。对很多芯片的功能都不是很清楚。

通过这次的课程设计加强了我动手、思考和解决问题的能力。现在设计已经做好了，自己感觉还是比较好的，虽然花了很多时间，但学到了很多东西。做课程设

计的时候，自己把整个书本都看了几遍，增强了自己对知识的理解，很多以前不是很懂的问题现在基本上已经解决了。

在课程设计的过程中，对于同一个问题，我想过很多个方案。像计数器的的接法，我都想了很多不同的接法，运用不同的芯片进行比较，最后还是采取了上面的方法进行连接。在连线的过程中，经常会遇到一些问题，比如接错线，无意中删除了一些线等，有时会感到力不从心的。从开始做课程设计那天起脑子中天天都想着同样的问题，怎么去接线，怎么把电路弄得更加简单，怎么是别人更容易看懂。但似乎时间过的很快，用了好几天才把它完全做好。完成后心里有种说不出的高兴。

这次课程设计之后，我明白了，做任何事情都要认真仔细，不然的话你会花更多的时间才会做好。课程设计有利于提高我们的动手能力，把我们所学的东西运用到实际生活中去。同时也丰富了我们的业余生活。提高了我们对知识的理解。