整理版十字路口交通旌旗灯号灯设计数字电路.docx

电子工程系课程设计

专业名称： 电气自动化

课程名称： 电子技术

课程设计任务书
一、 课题名称：十字路口交通信号灯控制电路设计
二、技术指标：
十字交叉路口分纵、横两组信号灯控制，每组有红、绿、黄三色信号灯显示。各干道亮灯顺序为：红—>绿—>黄—>红—>绿……，红灯、黄灯、绿灯的亮灯时间分别为16S、4S、12S。分别用2位（共4位）LED显示纵、横两路的绿灯亮时间。

三、要求：
1、数字电子技术基础简明教程；2、集成电子技术基础；3、电路与数字逻辑设计实践

指导教师：王前
学 生：刘雄
电子工程系 电气自动化
2013 年 06月 20日

目录
摘要 5
关键词： 5
一、 此设计电路技术指标 6
二、 交通信号灯工作流程图 6
三、 总控制电路组成 6
四、时序脉冲产生和分频电路 6
电路原理图及功能说明 6
芯片引脚图及功能 8
五、延时电路 8
延时电路实现及原理 8
六、状态控制电路 9
状态控制电路的实现及原理 9
七、倒计时电路 10
倒计时电路的实现及原理 10
八、倒计数显示电路 11
显示电路 11
总原理图 12
原件清单 13
设计总结 14
参考文献 15

摘要
在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每个交叉路口都需要有一个准确的间间隔和转换顺序，这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理。本次的设计就是基于此目的而设计的。

关键词：交通灯、控制

一、 此设计电路技术指标
十字交叉路口分纵、横两组信号灯控制，每组有红、绿、黄三色信号灯显示。
  各干道亮灯顺序为：红—>绿—>黄—>红—>绿……，红灯、黄灯、绿灯的亮灯时间分别为16s、12s、4s。
  分别用2位（共4位）LED显示纵、横两路的绿灯亮时间。
二、 交通信号灯工作流程图
三、 S0主干道红灯亮，次干道绿灯亮：S1主干道红灯亮，次干道黄灯亮：S2次干道红灯亮，主干道绿灯亮；S3次干道红灯亮，主干道黄灯亮。四个工作状态不断循环。流程图如图1所示：
图1
四、 总控制电路组成
本控制电路应包含：1、秒信号源产生电路，2延时电路，3、状态控制电路，4、倒计时计数电路，5、显示电路。其原理方框图如图2
图2
电路原理图及功能说明
、时序电路是数字系统不可缺少的一个重要组成部分，因为数字电路只有在时钟电路的驱动下才可正常工作。根据应用场合的不同，不同数字电路选择使用不同类型的时钟发生器。因为交通灯控制系统的秒信号精度不高，故选用555定时器。R1、R2和C为定时电阻和电容，其产生信号频率与电路参数关系为：
低电平暂态维持时间：T1=0.7R2C;
高电平暂态维持时间：T2=0.7(R1+R2)C;
周期：T=T1+T2；
占空比：ｑ＝Ｔ2／（Ｔ１＋Ｔ２）＝（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１＋２Ｒ２）；
频率f=1／（Ｔ１＋Ｔ２）
据设计要求时钟脉冲频率应为1Hz。在此占空比取值约为0.5，故T1取值约为0.5，电容C选10uF电解电容；
由:0.5≈0.7×R2×0.00001；
求得:R2≈71KΩ
且根据实际电阻R2取阻值为47kΩ电阻；
T2就取值应约为0.5，
由:0.5≈0.7×（R1+47000）×0.00001；
求得:R1=24.4kΩ，
且根据实际电阻R1取值为22kΩ
故电路实际周期为T=0.7（R1+2R2）C≈0.82s;实际频率为f=1/T≈1.2Hz
故电阻、电容取值为：R1=22kΩ、R2=47kΩ、C=10uF时,产生的时钟信号CP周期约为1S的矩形波。电路图如图3所示：

图3
、所需器件
555芯片一个；47K、10K电阻各一个；10uF电容器一个

芯片引脚图及功能
555引脚图如下图4：

图4
1地 GND 2触发
3输出 4复位
5控制电压 6门限(阈值)
7放电 8电源电压Vcc
五、延时电路
电路原理图如下图7所示：

图5
所需器件
74LS161芯片两个；非门两个；二输入端与非门三个

六、 状态控制电路
图10
状态控制电路的实现及原理

、其电路原理图如下图11所示：

图11

所需器件
74164芯片两个
二输入端与非门二个、二输入端或门四个、三输入端或门四个

七、倒计时电路

倒计时电路的实现及原理

倒计时计数电路原理图如下图14所示：

图14

倒计时计数电路主要由计数器构成，它在整个系统设计中的作用是实现计时计数，在此选用减法计数器。
将两路绿灯的输出信号先通过或门再通过非门接到两芯片的L(———)D(——)端，实现倒计时计数，CR端置0；CPD接1HZ的脉冲信号。Q3、Q2、Q1、Q0端分别接显示74LS249的A3、A2、A1、A0端。
、所需器件
74LS193芯片两个
非门一个、二输入端或门一个

八、 倒计数显示电路
显示电路

电路原理图如下图16所示：

图16
74LS249芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器。可以直接驱动共阴极数码管。

、将74LS249的4个输入端A3、A2、A1、A0分别与计数器74LS192的输出端Q3、Q2、Q1、Q0相接，再将它的7个输出端接到数码管对应的引脚上，用来控制七段LED显示器的7个发光段。通过各芯片的综合使用，来实现显示功能。计时器显示从16秒到00秒，当绿灯不亮时，为了将LED显示的是16（初态）灭掉，将74LS249的RI/IRBO引脚接到绿灯，即可将绿灯不亮时的LED显示灭掉。
、所需器件
74LS249芯片两个
共阴极LED数码显示器四个

总原理图

原件清单

原件名称
元件参数
555集成芯片

电阻R1、R2
22k、47k
电容C1
10uF
74LS161集成芯片两个

74164集成芯片两个

74LS193芯片两个

74LS249芯片两个

共阴极LED数码显示器四个

74LS04一个
六非门
7400芯片两个
二输入四与非门
7432芯片两个
二输入四或门
CD4075芯片两个
三输入三或门
*注：为节约芯片状态控制电路中一个三输入或门可改用两个或门实现

设计总结
期末的到来，通过努力终于设计终于完成了。通过这次课程设计让我明白了许多、有很多事情都需要自己动手去实现，切记不要弄虚作假，这样的学习成果是没有意义的，通过这次课程设计让我看到自己的不足，需要更多的学习，储备更多的知识，不懂就要虚心请教，通过这次课程设计业也让我学习了很多知识，有很多收获。

在这次课程设计中一起和同学们讨论、思考，同时也感谢王前老师的教导，让我明不论的学习还是以后工作，都需要共同努力、共同学习、不懂就问、不断学习。

在这次课程设计中我了解了555芯片以及其他没有涉及的知识，懂得了交通信号灯的重要性，也明白了一个设计成果背后是需要付出多么的努力，它们凝集设计者的汗水。同时也使我对电子产品设计产生很大的兴趣，更对我以后的发展起到很的作用。

在这次课程设计中也遇到了很多困难，也收获了很多意想不到的知识。在每次突破一个难题时都有一种久违的满足感，甚至对每次发现一个难题时都有一种兴奋。虽然这次设计时间只有短短的一周时间，有些仓促，但通过查阅资料，和同学一起讨论、思考，请教王前老师，还是完成了，虽然有很多的不足，但我会通过下来的学习让它变得更好。

因此，感谢学校对这次课程设计安排，让我们短时间内学习了很多知识，以及知识以外的东西，比如吃苦耐劳的精神，专研问题，诚实守信。

刘雄
参考文献
《数字电子技术基础简明教程》，于孟尝，高等教育出版社，2006

《电路与数字逻辑设计实践》，王尧，东南大学出版社，2000

《集成电子技术基础》郑家龙、王小海、章安远主编　东北大学出版社 2002
《新颖实用电子设计与制作》 杨振红，雷光艳 西安电子科技大学出版社 2000年

《电子电路设计与实践》 周文良 国防出版社 2010年

《数字电子技术基础》 阎石 高等教育出版社 2001年

本次课程疑难处理

⒉在画图方面受到一点阻碍
因为学习画图软件时间不长，有很多的东西不懂，很多布局都不好看，后来通过向同学学习、讨论解决问题。
⒊1HZ信号发生电路
1HZ信号发生电路有很多种，不知道交通信号灯用哪种比较好点，通过上网查询，了解交通信号灯对信号不高，所以选择555芯片。【
⒋对一些元器件不了解
在设计过程中接触了很多的元器件，对其功能都不是很了解，通过上网查询，以及翻阅资料，了解很多关于这些元器件。【《集成电子技术基础》郑家龙、王小海、章安远主编　东北大学出版社 2002】