交通灯课程设计报告

设计课题：交通控制灯

专业:电子信息工程 班级：……….

姓名：…….. 学号：……… 指导老师：………

课程设计报告

一、设计要求 （一）设计指标 （二）设计要求 （三）制作要求 （四）编写设计报告 二、原理框图 三、单元电路设计 四、设计步骤及方法 五、总结 六、心得体会

交通灯控制的设计

交通灯控制电路是通过采用数字电路设计的，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的新方法，指挥各种车辆和行人的安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。 设计要求 （一）设计指标

1.为十字交叉路口设计两组信号灯控制，每组有红，绿，黄三色信号灯显示。各干信号灯顺序为：红绿黄红绿……

（二）设计要求

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1、画出电路原理图（或仿真电路图）； 2、元器件及参数选择； 3、电路仿真与调试； （三）制作要求

自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。 （四）便携设计报告

写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会

二、原理框图

交通灯控制系统的原理框图如下图所示。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。

交通灯控制系统的原理框图

图中：

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TL: 表示甲车道绿灯亮的时间间隔为60秒，乙车道绿灯亮的时间为50秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间

到，TL=1，否则，TL=0。

TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，

否则，TY=0。

ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。

三、单元电路设计

（一）定时器

定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。 计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如表12、2所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计 图12.2 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。电路的工

作原理请自行分析。

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图12、3 74LS163的外引线排列图和时序波形图

（二）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。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1= 00状态时，如果TL= 0，

则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1= 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项\"X\"表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状

态转换信号ST。

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图12、4 定时器电路图

表12.2 74LS163功能表

表12.3 控制器状态转换表

状态转换表根据表12.3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的

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输入或状态转换条件变量相与，其中\"1\"用原变量表示，\"0\"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程： 根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（ ）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图12.5所示。图中R、C构成上电复位电

路 。

图 12、5控制器逻辑图

（三）译码器

译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。

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实现上述关系的译码电路请读者自行设计。

三、单元电路设计

1.1交通灯运行状态分析

交通灯控制电路，要求每个方向有三盏灯，分别为红、黄、

绿，配以红、黄、绿三组

时间到计时显示。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向

红灯亮。每盏灯顺序点亮，循

环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运

行状态共有四种，分别为：

状态 0

：东西方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；南北方向

车道的红灯亮，车道，

人行道禁止通行。

状态1：东西方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；南

北方向车道的红灯亮，车道，

人行道禁止通行；

状态2：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通

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行；南北方向车道的绿灯亮，车

道，人行道通行；

状态3：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通

行；南北方向车道的黄灯亮，车

道，人行道缓行；

4 种状态循环往复，并且红灯的倒计初始值为绿灯的倒

计初始值和黄灯的倒计初始值

之和。交通灯电路的具体运行状态框图如图

图1.1 交通灯运行状态分析图

1.2电路工作总体框图

交通灯控制电路主要由以下几部分构成，如图2.2 所示，

有电源电路，脉冲电路，分

频电路，倒计时电路，(交通灯)状态控制电路，灯显示

电路。

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脉冲电路 分频电路 倒计时电路 显示器 供电 电源电路 状态控制电路 灯显示电路

图1.2交通灯控制电路功能模块框图

2.1电源电路：

电源电路主要由整流、滤波、稳压三部分组成，用于供给数字电路的工作电源。整流部分由变压器与整流桥KBP210G 组成。220V、50Hz 的交流输入经过变压器之后，

输出9V、50Hz

的交流电压。该电压输入整流桥，整流桥由四只整流二极管接成电桥的形式组成。整流桥输出8.1V 的直流电压。滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，由1mF 的电容组成电容滤波电路。电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适合负载电压较高，负载变动不大的场合。稳压电路用于稳定电压的输出，由三端集成稳压器L7805 和

电容组成。C2、

C3 用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，C4 用于减少稳压电源输出端由

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输入电源引入的低频干扰。

图2.1稳压电源

总电路图

U12U13U4U3U8AVCC5VJ274LS08DU14A74LS02DKey = PJ1U8BU7A74LS08DU14B74LS02D74LS20DU2U11312QAQBQCQD4~CTEN11~LOAD5~U/D~RCOMAX/MIN14CLKQAQBQCQD74LS190DABCD74LS190DABCDVCCKey = R5VU11A74LS04DVCC5VU63456ABCDQAQBQCQDRCO1413121115123645ABCG1~G2A~G2BVCC5VU5Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097U11B74LS04DU11C74LS04DU11D74LS04DU11E74LS04DU8D74LS08DU9A74LS08DU9D74LS08D4~CTEN11~LOAD5~U/D~RCOMAX/MIN14CLK151109151109131232673267V11 Hz 5 V 7ENP10ENT219~LOAD~CLRCLK74LS138D74LS163D

四、元器件

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五、总结

交通灯的设计心得体会总结

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。通过这次课程设计，我掌握了NI Multisim软件的使用方法，了解了红绿灯的实际控制过程，以及如何提高电路的性能等等。

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