太原理工大学现代科技学院数字电子技术基础课程设计
设计名称交通信号灯控制器
专业班级自动化12-1
学号
姓名
指导教师张文爱
交通信号灯控制器
一、设计要求：
通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,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方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。
因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。
1.设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。
2.用红、绿、黄发光二极管作信号灯，用传感器或逻辑开关作检测车辆是否到来的信号。
3.主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。
主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。
4.主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路。
5.在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，使行驶中的车辆有时间停到禁行线外，设立5秒计时、显示电路。
二．设计方案：
1，设计思想及方案论证：
本设计要求设计一个主干道绿灯45秒、支干道绿灯25秒的交通灯控制系统，每次由绿灯变为红灯时应有5秒黄灯亮作为过渡，分别用红、黄、绿三色发光二极管表示信号灯，并用数码管显示倒计时。
因此，本设计需
要一个脉冲产生模块、信号灯模块、倒计时模块、数码显示模块和主控模块。
脉冲产生电路用以驱动倒计时电路，置数电路将交通灯亮时间预置到计数电路和寄存器中，信号灯模块对信号灯的各种状态进行循环控制，倒计时模块以基准时间秒为单位做倒计时，数码显示模块显示倒计时的时间，主控模块对电路种的各个模块进行级联控制。
交通信号灯控制电路，交通灯采用发光二极管，显示时间则采用自带译码器的数码管显示。
系统需要每秒减数，所以可以采用数字电路箱产生秒脉冲（数字电路实验箱中已给出），经由一个脉冲驱动电路后产生信号灯需要的三种脉冲，即45s,25s,5s，传递给控制器，由控制器发出状态。
译码器接受状态后译码，输出控制信号灯和数码管显示的状态。
2，设计方案的工作原理：
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。
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。
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。
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。
三、总电路原理图；
四、总电路图
本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,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方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。
交通灯采用发光二极管，显示时间则采用自带译码器的数码管显示。
经由一个脉冲驱动电路后产生信号灯需要的三种脉冲，即45s,25s,5s，传递给控制器，由控制器发出状态。
译码器接受状态后译码，输出控制信号灯和数码管显示的状态。
五、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
六、实验过程注意：
首先，为了使线路简单在安装之前要对芯片的位置布置作一下分析，才开始连接。
并按照电路进行合理的布置器件，另外，在调试过程中，要学会使用仪器去检测电路，刚开始我很快就将线认真的连好，但没有出现结果，我再用表去测电路,并找出了问题所在。
其次，只有对所有的器件有很好的了解之后才能去选择正确的器件设计电路。
好的电路设计不仅要求正确，而且要最简单，尽量在功能齐全的前提下减少所用器件的数量。
另外，最好是接好一个模块后通电检测，有问题就检查修改电路，直到这一模块正常再对下一个模块接线。
布线完成后，基本上可能不会一次性成功，接下来就该调试电路，这是一个很重要
的环节。
结果错误的可能原因有很多，可能是设计本身或是接线问题或接触问题，也可能是所用器件问题，我碰到的问题首先是电路图的问题，有一根线连错，更正后,出现了正常效果。
最后，数字电路中，逻辑性非常强，每一个环节都要弄得清清楚楚，有一点不足，结果都不可能出来。
七、实验过程中电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法：
1．出现错误电平
故障现象：计时控制部分独立工作时正常，接入彩灯控制\显示部分反馈后出现逻辑错误。
检查步骤：（1）检查电路各部分电气连接是否正常，无短路和开路现象；（2）检测距后级输出最近的端口电压，发现部分端口出现1~2V的错误电平；（3）沿信号流向逆向检查电平值，发现错误电平为彩灯控制\显示部分反馈引入；
2．数字显示部分显示结果混乱
故障现象：将计时部分和数字显示部分连接完后，发现数码管显示字符不正常。
检查步骤：（1）检查电路各部分电气连接是否正常，部分管脚接触不良，按压芯片，使其完全解除故障仍未解除；（2）检测各输入、输出端口电压，部分管脚出现错误电平；（3）分析错误电平产生原因，无反馈回路，反相器输入正常，输出为错误电平，
解决方案：更换故障芯片，数码管显示正常，重新检测各点电平值，无错误电平出现。
太原理工大学现代科技学院课程设计
八、设计心得体会
在本次课程设计中，我主要认识到如下几个问题：
1.理论知识与实际操作存在差异，如每个芯片的运用。
2.数字电路与逻辑设计的课程学习过程中，过多的偏重于电路逻辑功能的设计，考虑其实际实现则较少，比如芯片的稳定性、带载能力，工作环境等问题在设计中都没有考虑，很多设计在实验室环境下虽然可以正常工作，但不适宜投入生产。
3.排除故障的能力和设计电路的能力同样重要。
在此次课程设计中，我们经常会因为查不出故障或无法解决故障重新连接电路。