课程设计报告——交通信号灯控制器

一、 设计背景 ........................................................................................................................... 2 二、任务和要求 ............................................................................................................................... 2 三、总体设计方案 ........................................................................................................................... 3

1.状态设置 ................................................................................................................................ 3 2.系统框图 ................................................................................................................................ 3

a.系统总框图 .................................................................................................................... 3 b.系统状态转换框图 ........................................................................................................ 4

四、单元电路设计 ........................................................................................................................... 4

1.倒计时电路（定时电路） .................................................................................................... 4 2.状态控制器（主控电路） .................................................................................................... 5 3.交通灯显示电路、 ................................................................................................................ 5 4.数码管显示 ............................................................................................................................ 6 5.置数变换电路 ........................................................................................................................ 6 6.流量控制电路 ........................................................................................................................ 7 五、总电路原理图 ........................................................................................................................... 8 六、总电路图 ................................................................................................................................... 9 七、原件清单 ................................................................................................................................. 10 八、电路连接与调试 ..................................................................................................................... 10 九、设计总结 ................................................................................................................................. 10 十、参考文献 ................................................................................................................................. 11

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一、 设计背景

在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。

二、任务和要求

红绿灯交通信号系统外观示意图如图1所示。

1．在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一方向是绿灯、黄灯、红灯；另一方向是红灯、绿灯、黄灯。

2．设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上（主干道）绿灯亮的时间是45s，另一个方向上（支干到）绿灯亮的时间是25s，黄灯亮的的时间都是5s。

3.要求加装一流量控制电路，使电路拥有流量控制功能，既：当一条路上无车，另一条路上有车时，这条路上的绿灯长亮，另一条路上红灯长亮。

红灯 黄灯 绿灯 红 黄 绿 灯 灯 灯 倒计数 计时器 2 / 11

三、总体设计方案

1.状态设置

状态1（00）：主车道的绿灯亮，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2（01）：主车道的黄灯亮，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3（10）：支车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；

状态4（11）：支车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车的黄灯亮，车道，人行道缓行；

2.系统框图 a.系统总框图

流量控制电路

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b.系统状态转换框图

主干道绿灯亮 支干道红灯亮 状态00 持续45s 主干道黄灯亮 状态01 持续5s 支干道红灯亮 主干道红灯亮 状态10 持续25s 支干道绿灯亮 主干道红灯亮 状态11 持续5s 支干道黄灯亮 图2 工作流程图

四、单元电路设计

1.倒计时电路（定时电路）

倒计时器由两位4位十进制可逆同步计数器（双时钟）74LS192、一个非门和一或门构成。其组成如图所示，其中 74LS192是上升沿触发，CPU为加计数时钟输入端；CPD为减计数时钟输入端；LD为异步预置端，低有效；CR为异步清零端，高有效；CO为进位输出端，当1001后输出低电平；BO为借位输出端，当0000后输出低电平；D3D2D1D0为数据预置端；Q3Q2Q1Q0为数据输出端。

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2.状态控制器（主控电路）

状态控制器由两个上升沿D触发器构成，状态有00→01→10→11，四种状态分别对应信号灯的四种状态，且触发器上的清零端、置一端，用于接收流量控制电路上的控制-状态变换信号，完成状态-流量控制。

3.交通灯显示电路、

此部分由一个数据分配器74LS138、两个与门和6个发光二极管构成。其结构如图所示。74LS138的外引线排列如图)所示，其中A2A1A0是3个二进制代码输入端；Y7Y0是8个输出端，低电平有效；STA、STB、STC是使能控制端。当STA=1且STB+STC=0时，分配器才工作。

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4.数码管显示

采用四位二进制七段数码管显示，如图所示。

5.置数变换电路

此部分电路是由两个数据选择器构成，既用74LS153组成，当主控电路

状态发生变换时，置数变换电路产生的置数也随之变换，其状态对应为：00→45，01→05，10→25，11→05.最后将置数放回倒计时电路，用于置数，最终达到定时的作用。

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6.流量控制电路

此部分电路是由一片74LS138，既数据选择器构成，主干道接A，支干道接B，当状态为10或01时，直接控制主控电路的两片上升沿D触发器的清零或置一端。完成流量控制。

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五、总电路原理图

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六、总电路图

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七、原件清单

74LS192 （十进制可逆计数器） 两个 74LS138 （3-8译码器） 两个 74LS153 （双4选1数据选择器） 一个 74LS74 （上升沿双D触发器） 一个 74LS04 （六反相器） 一个 74LS32 （四2输入或门） 一个 74LS08 （四2输入与门） 一个

八、电路连接与调试

在电路连接与调试过程中，应该一部分一部分的连接调试，接好一部分，再接另一部分，否则当全部接好再调试的话，不仅浪费时间，而且有问题的话无法排查。

经过仿真与实际连接，本套电路设计成功，可以达到预设效果。

九、设计总结

实习就是将从课本上的知识应用于实际中，数字电路课程设计就是很好的实践。在交通灯控制系统设计中，充分的体现了动手能力和对课本知识的掌握程度。而设计过程又存在着许多的问题，由于电路试验箱的地方有限，所以必须先合理的规划每个模块的位置，其次，芯片周围的布线也得小心处理，粗心大意的代价就是局部短路。实习中更是将各个芯片的功能状态系统地学习了一遍，熟练地用它们实现所需的功能。不过在所遇到的问题处理过程中有成功也有失败，但这确实加强了自己的动手能力，最终我还是体会到成功的喜悦。

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十、参考文献

[1] 陈晰.《数字电路试验技术基础》.电子工业出版社，1999 [2] 李元.《数字电路与逻辑设计》.南京大学出版社，1997 [3] 郝波.《数字电子技术》，西安电子科技大学出版社，2004 [4] 郭斌.《数字逻辑电路》.电子科技大学出版社，1995

[5] 程震先.《数字电路实验与应用》.北京理工大学出版社,1999 [6]王毓银.《数字电路逻辑设计》.高等教育出版社，1992 [7]

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