交通灯控制电路设计数电课程设计+数字电路课程设计_交通灯数电课程设计
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数字电子技术课程设计
简易交通灯控制逻辑电路设计
专业班级:09自动化一班
时间:2011.12.12-2011.12.19
姓名:
指导教师: :郭计云
大同大学电气工程系
目录
一、课程题目……………………………………………….2
二、设计要求……………………………………………….2
三、系统框图及说明………………………………………..2
四、单元电路设计…………………………………………..4
五、仿真过程与效果分析
………………………………….12
六、体会总结……………………………………………….13
七、参考文献………………………………………………13
《一》课程设计题目：
交通灯控制电路设计
《二》设计要求：
1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支 干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行时间为20秒，时间可设置修改。
2、在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；
3、黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。
4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。
5、同步设置人行横道红、绿灯指示。
《三》系统框图及说明：
1、分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯控制系统的原理框图如图 1-1 所示。它主要由计时电路、主控电路、信号
灯转换器和脉冲信号发生器组成。脉冲信号发生器用的是 555 定时器；计时计数器是
由74LS160 来完成、输出四组驱动信号T0 和T3 经信号灯转换器(4 片7448)来控制信
号灯工作，主控电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。
（图1-1）
2、信号灯转换器
状态与车道运行状态如下：
S0：支干道车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行；主干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行
S1：支干道车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行；主干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行
S2：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；主干道车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行
S3：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；主干道车道的黄灯亮，车道缓行, 人行道禁止通行
G1=1：主干道绿灯亮 Y1=1：主干道车道黄灯亮
R1=1：主干道车道红灯亮，人行道绿灯亮；南北方向人行道红灯亮
G2=1：支干道车道绿灯亮
Y2=1：支干道车道黄灯亮
R2=1：支干道车道红灯亮，人行道绿灯亮；东西方向人行道红灯亮
四．单元电路设计
1．主控电路：
1).原理：
通过一片 74LS160，选择其 4 个状态、分别为(00 01 10 11)分别表示主绿支红、主黄支红、主红支绿、主红支00->(30 秒)01->(5 秒)10->(20 秒)11（5 秒）{循环图}。中间延时通过计时电路来实现。
2).原器件的选择及参数：
若选集成计数器74160，74160 是一个具有同步清零、同步置数、可保持状态不变的4 位二进制加法计数器。表1-1 是它的状态表。
表1-1 74160 的状态表
CLR
LOAD
ENP
ENT
CLK
A B D C
QA QB OC OD
0
X
X
X
X
X X X X
0
0
0
0
0
0
0
POS
X X X X
A
B
C
D
POS
X X X X
Count
X
X
X X X X
QA0 QB0 QC0 QD0
X
X
X X X X
QA0 QB0 QC0 QD0
设状态编码为：S0=0000
S1=0001
S2=0010
S3=0011，则其状态表为：
表1-2
状态编码与信号灯关系表
Qd Qc Qb Qa
G1
Y1
R1
G2
Y2
R2
0 0 0 0
0
0
0
0
0 0 0 1
0
0
0
0
0 0 1 0
0
0
0
0
0 0 1 1
0
0
0
0
态的相应控制来分别实现30 秒、5 秒、25 秒。通过7448（2 片）译码器和数码管的连接 的连接实现几个灯时间的显示。
2).原器件的选择及参数：
若选集成计数器74160（2片），采用同步整体置数。译码器7448（2片）、7段
数码管（2个）等。
表1-3 7447 状态表
Inputs
Outputs
No.LT
RBI
D C B A
BI/RBO | a b c d e f g
----|----|-----|-----------|--------|--------------
0 | 1 | 1 | 0 0 0 0 |
| 1 1 1 1 1 1 0 | 1 | X | 0 0 0 1 |
| 0 1 1 0 0 0 0 | 1 | X | 0 0 1 0 |
| 1 1 0 1 1 0 1 | 1 | X | 0 0 1 1 |
| 1 1 1 1 0 0 1
----|----|-----|-----------|--------|--------------| 1 | X | 0 1 0 0 |
| 0 1 1 0 0 1 1 | 1 | X | 0 1 0 1 |
| 1 0 1 1 0 1 1 | 1 | X | 0 1 1 0 |
| 0 0 1 1 1 1 0 | 1 | X | 0 1 1 1 |
| 1 1 1 0 0 0 0
----|----|-----|-----------|--------|--------------| 1 | X | 1 0 0 0 |
| 1 1 1 1 1 1 1 | 1 | X | 1 0 0 1 |
| 1 1 1 0 0 1 1
表 1-4 状态编码与时间关系表
开关(s)A
B
C
时间（T）
0
0
0
0
0
0
3）电路接法如下：
3.支干道计时电路
1)原理：
通过 74LS160(2 片)采用串行同步整体置数级连和下一个状态的相应控制来
分别实现30秒、5秒、25秒。通过7448（2片）译码器
和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。
2).原器件的选择及参数：
若选集成计数器 74160（2 片），采用同步整体置数。译码器 7448（2 片）、7
段数码管（2个）等。基本上与主干道计时电路一样。
表 1-5 状态编码与时间关系表
开关(s)A
B
C
时间（T）
0
0
0
0
0
0
计数器选用集成电路74190 进行设计较简便。74190 是十进制同步可逆计数器，它
具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD 的输出数据间接实现清零功能。
表 1-4
74190 的状态表
CTEN D/U CLK LOAD
A B C D
QA QB QC QD
0
X
X
0
X X X X
A
B
C
D
0
POS
X X X X
Count Down
0
0
POS
X X X X
Count Up
X
X
X
X X X X
Qa0 Qb0 Qc0 Qd0
图1-5
现选用两个 74190 芯片级联成一个从 99 倒计到 00 的计数器，其中作为个位数的
74190 芯片的CLK 接秒脉冲发生器（频率 为 1），再把个位数 74190 芯片输出端的QA、QD 用一个与门连起来，再接在十位数 74190 芯片的CLK 端。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 74190 芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。具体连接方法如图 1-5所示。
信号 LD 由两个芯片的8 个输出端用或门连起来，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。
图 1-6
预置数（即车的通行时间）功能：如图 1-6所示，８个开关分别接十位数 74190 芯
片的D、C、B、A 端和个位数 74190 芯片的D、C、B、A 端。预置数的范围为6～98。
假如把通行时间设为45 秒，就像图１-5的接法，A 接 0，B 接 1，C 接 0，D 接 0，E 接
0，F 接 1，G 接 0，H 接 1。（接电源相当于接 1，悬空相当于接 ０）
图 1-7
向译码器提供模5 的定时信号T5 和模0 的定时信号T0,它表示倒计时减到数“00”
（也即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置数），T =1，此时T 给译码器一个脉
冲号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法 为：把两个74190 计数
器的8 个输出端用一个或非门连起来。T 表示倒计时减到数“05”时。T =1，此时T 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用一个与门连接
起来。具体连接方法如图1-7 所示。
4、黄灯闪烁控制
要求黄灯每秒闪一次，即黄灯0.5 秒亮，0.5 秒灭，故用一个频率为2 的脉冲与控制黄
灯的输出信号用一个与门连进来，再接黄灯。
图 1-8
《五》 仿真过程与效果分析
1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有4 个时间显示器，10 个交通灯。但由于 4 个时间显示器是由同一个倒计时计数器控制，所以我在设计图 1-8 电路的过程中，为了简化电路使画图看起来更加清晰，就只接了1 个时间显示器。
另外由于人行道的红绿灯跟车道的红绿灯是同步的，分别是：东西方向人行道的绿灯接车道的红灯，红灯接南北方向车道的红灯；南北方向人行道的绿灯接车道的红灯，红灯接车道的红灯。所以在图1-8 电路中就只接了6 个灯。
2、为了使电路更加直观，我把计数器、信号灯灯转换器等放在一个名为main 的子电路中。然后再在子电路外面接输入端和输出端。
3、点击启动按钮，然后再打开总开关，便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为45 秒，打开总开关，东西方向车道的绿灯亮，人行道的红灯亮；南北方向车道的红灯亮，人行道的绿灯亮。时间显示器从预置的 45 秒，以每秒减 1，减到数 5 时，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。减到数 1 时，1 秒后显示器又转换成预置的45 秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为
绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红东西方向灯。如此循环下去。
4、修改通车时间为其它的值再进行仿真（时间范围为6~98 秒），效果同3 一样，总开关一打开，东西方向车道的绿灯亮，时间倒计数 5，车灯进行一次转换，到0 秒时又进行转换，而且时间重
置为预置的数值，如此循环。
《六》体会总结
1、通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中，我总共想过两个方案，另一个方案弄了两天，结果总是实现不了题目的要求。所以我又花了一天的时间做出这个方案，这个相对另一个方案比较简单，包括电路原理和连接，和芯片上的选择。这个方案总共只用了四个芯片，分别为 2 个74190 计数器，2个 JK触发器。
2、在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。所以这几天不管是吃饭还是睡觉，脑子里总是想着如何解决这些问题，如何想出更好的连接方法。不过说也奇怪，整天想着这些问题，脑子和身体却一点都不会觉得累。或许是那种渴望得到知识的欲念把疲劳赶到九宵云外去了吧！
3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。《七》
参考文献 [1] 周常森，《电子电路计算机仿真技术》，山东科技出版社，2000 [2] 周正新，《电子设计自动话实践与训练》，中国民航出版社，1988 [3] 吴培明，《电子技术虚拟实验》，机械工业出版社，1999 [4] 钟问耀，《EWB电路设计入门与应用》，清华大学出版社，2000 [5] 康华光，《电子技术基础》，高等教育出版社，2000 [6] 刘润华，《现代电子系统设计》，石油大学出版社，1998 [7] 邱关源，《电路》，高等教育出版社，1999 [8] 陆 坤，《电子设计技术》，电子科技大学出版社，1997 [9] 姚福安，《电子电路设计与实践》，山东科学技术出版社，2002 [10] 何书森、何华斌，《实用数字电路与设计速成》，福建科学出版社，2000 [11] 童诗白、徐振英，《现代电子学及应用》，北京高等教育出版社，1994
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