南华大学电气工程学院
《电子技术课程设计》任务书
设计题目：交通红绿灯
专业：电气工程及其自动化
学生姓名: 学号:
起迄日期: 2013 年9月30日——2014年1月3日指导教师:
《电子技术课程设计》任务书
目录
1 概述 (1)
1.1 设计任务及指标 (1)
1.2 总体设计 (1)
1.3 仿真 (3)
2 电路设计
2.1 单元电路设计 (3)
2.1.1 秒脉冲电路设计.....................................`3 2.1.2定时器.. (3)
2.1.3 控制电路 (5)
2.1.4 译码及显示电路 (7)
2.2 总电路图及实物图 (8)
2.3 材料清单 (8)
3 结论 (10)
4 心得与体会 (10)
5 参考文献 (11)
6 附录 (12)
1 概述
1.1 设计任务及指标：
设计十字路口的交通灯控制管理器
要求如下：
（1）主干道方向通行和支干道方向禁止通行，历时1min。
（2）主干道方向禁止通行和支干道方向仍然禁止通行，历时10s。
（3）主干道方向禁止通行和支干道方向通行，历时1min。
（4）主干道方向仍然禁止通行和支干道方向停车，历时10s 之后又返回到第一步循环。
1.2 总体设计
交通灯控制系统的原理框图如图1-1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。
图中：
TL: 表示主道或支路车道绿灯亮的时间间隔为60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10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。
图1-1 系统原理框图
（1）主车道绿灯亮，支路车道红灯亮。
表示主车道上的车辆允许通行，支路车道禁止通行。
绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。
（2）支路车道黄灯亮，支路车道红灯亮。
表示主车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，支路车道禁止通行。
黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（3）主车道红灯亮，支路车道绿灯亮。
表示主车道禁止通行，支路车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（4）主车道红灯亮，支路车道黄灯亮。
表示主车道禁止通行，支路车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。
黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。
设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表1、2所示，控制器应送出甲、支路车道红、黄、绿灯的控制信号。
为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下表1-2规定：
表1-2 系统状态表
图1-2画出了控制器上述4种状态转换图：
图1-2 交通灯状态转换图
1.3 仿真
采用的是Multisim 10 File软件进行电路仿真，仿真电路图见附录图3-1
2．电路设计
2.1 单元电路设计
2.1.1 秒脉冲电路设计
秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，因为该电路的输出脉冲的周期
T≈0.7(R1+2R2)·C,若T=1s，令C=10μf，R1=39KΩ,那么R2≈51KΩ。
取一固定电阻47KΩ与一个5KΩ的电位器想串联代替电阻R2。
在调试电路时，调节电位器R P ,使输出脉冲周期为1s。
图2-1 秒脉冲信号发生器电路图
2.1.2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74LS160进行设计较简便。
74LS160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。
74LS160功能表如表2-1所示。
表中RD’是低电平有效的同步清零输入端，LD’是低电平有效才同步并行置数控制
端，EP、ET是计图1-3 交通灯的控制端，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。
设计如图2-2
表2-1 74ls160功能表
其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74LS160的清零端9处。
如图所示：输入端3.4.5.6分别接地.。
U01的11和14经过与非门后可得到10秒信号TY。
.即：只有当时11、14处产生一个高电平脉冲时TY才得到一个低电平。
U02的12和14相与后再与U01的11和14相与非得到60秒信号TL。
由控制器发出的ST 信号经非门控制两个74ls1060的置数，即相当于清零。
2.1.3 控制电路
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。
列出控制器的状态转换表，如表2-2所示。
选用两个D触发器74LS74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，就可以列出了状态转换信号ST。
表2-2控制器状态转换表
根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q
1n+1、Q
n+1和 ST为1的
项所对应的输人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。
74ls153功能表如表2-3所示，74ls47功能表如表2-4所示。
表2-3 74ls153功能表
表2-4 74ls47功能表
控制器原理图如图2-3所示。
由两个双多路转换器74LS153和一个双D触发器
74LS74组成控制器。
触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现00，01，10，11，4种状态的相互交换。
当状态为S1（00）时，即0秒时U10选择0和TY非输出即00，U11输出TY非，当60秒时TY变为1，此时U10输出01，U11输出ST=0，计数器重新计数。
74ls74触发器
之间的关系如表2-7所示。
表中1表示灯亮，0表示灯不亮
表2-7 红绿灯状态表
上述功能可由74ls08来实现，通过Q1，Q2，Q1非，Q2经过不同的组合可得到高电平使灯发亮。
其电路图如图2-4。
Q1
Q1非
Q2
Q2非
图2-4译码器及显示灯电路图
2.2总电路图及实物图2.2.1 总电路图
见附录图3-1
2.2.2 PCB图
见附录图3-2
2.2.3 实物图
见附录
2.3材料清单
3 结论
3.1 能实现的功能
交通灯的状态转换，能实现基本功能。
3.2 不足之处
无数字显示，无转弯指示灯。
4 心得与体会
通过这一个星期的课程设计，我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。
本次课程设计也巩固和加深了我对电子线路基本知识和理解，提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。
同时，我的动手能力得到了很大的提升。
通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计确实很辛苦，但苦中仍有乐。
虽然过程中经历了种种失败，但最后做出来时真的非常开心。
我相信这次的课程设计的经历是我宝贵的经验。
参考文献
[1] 康华光. 电子技术基础（模拟部分）第五版[M]. 北京：高等教育出版社，2006
[2] 康华光. 电子技术基础（数字部分）第五版[M]. 北京：高等教育出版社，2006
[3] 中国集成电路大全编写委员会. 中国集成电路大全集成运算放大器[M]. 北京：国
防工业出版社，1985
[4] 孙梅生，李梅莺，徐搌英. 电子技术基础课程设计[M]. 北京：高等教育出版社，
1989
附录
1 系统仿真图
图3-1 系统仿真图
3 PCB图
图3-2 总电路pcb图4 实物图。