上海电力学院
（2010 /2011 学年第 1 学期）
课题名称交通信号灯控制器
课题代码217
院（系）电力与自动化工程学院
专业电气工程及其自动化
班级 2008***
学生
时间 2010-01-07至2010-01-18
指导教师签名：
教研室主任（系主任）签名：
一、设计目的
1、了解并掌握电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。

2、通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握
合理选用的原则；进一步掌握电子仪器的正确使用方法。

3、学会使用EDA 软件Multisim 对电子电路进行仿真设计。

4、初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。

5、提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

二、 设计内容、要求及设计方案
1、任务
设计并制作1个十字路口交通灯控制器。

2、基本要求
1）要求A 车道和B 车道两条交叉道路上的车辆交替通行，每次允许通行时
间都设为25s （绿灯亮）。

2）从允许通行（绿灯亮）到禁止通行（红灯亮）的过渡为5s （黄灯亮）。

3）当某一方向的黄灯亮时，另一个方向的红灯必须继续保持亮。

4）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。

5）电路必须具有自启动能力。

6）控制电路要求为交通警察保留手动控制功能，能在需要的时候人为控制
通行方向。

7）在每个路口能够显示剩余通行时间或等待时间。

8）夜间控制电路保持两个方向的红、绿灯灭，而黄灯闪亮，提醒司机注意
减速行驶。

3、设计方案
图2 交通灯切换顺序图
图 1
交通灯管理示意图
交通灯控制器原理框图如图3所示。

图3 交通灯控制器原理框图
1Hz的秒脉冲可作为计时使用。

5分频后提供0.2Hz（5s）的时钟信号。

实验过程中，利用两个74ls161的芯片能完成分频的环节。

经过5分频后，就能进行模长为12的循环，下图为6盏灯在模长为12循环的波形，根据74ls161输出
波形的特点，就能结合与，或门进行交通信号的控制了。

1、芯片管脚及功能的查询：
由于模拟电路中的门电路是集成在一块芯片上的，所以集成芯片的引脚需要查找资料，以下是实验中使用到的各种门电路的集成芯片。

74ls11引脚图
74ls190管脚图
74ls190功能表
7432引脚图
四2输入或门引脚图
555定时器引脚图
555定时器功能表
2、正常运行时的交通信号灯
实验开始时，我首先想到的是用触发器完成整个控制系统的循环。

将1秒的cp脉冲经过分频得到5秒的cp脉冲，再根据5:1:6的关系将5秒脉冲分到三个JK触发器中，组成由一个cp完成的异步时序电路。

但是在仿真的过程中，发现这个方法实现起来有些困难，并无法完成我所需要的那种功能。

在多次调整未果后，我放弃了这个想法。

在经过漫长的思考后，我决定使用波形叠加的方法来实现控制。

（1）仿真接线图：
（2）实现A通道红灯亮30秒，B通道绿灯亮25秒:
（3）实现A通道绿灯亮25秒，B通道红灯亮30秒：
(4)A通道绿灯到红灯过渡阶段黄灯闪亮5秒：
（5）B通道绿灯到红灯过渡阶段黄灯闪亮5秒：
3、自启动能力及人为控制通行方向：
自启动是能自由掌控交通的控制，所以我设计在电源附近装了一个单刀双置的开关，使它实现交通灯的启动与停止。

人为控制时，我本来设想用一个单刀双置实现其功能，分成自动循环状态和手动切换状态，可实践发现这是不能实现的，切换到手动模式时，没有电源为信号灯供电，另设电源又使电路繁杂，权衡之下，我在A通道红绿灯和B通道红绿灯附近各装一个开关，使之可实现A通道和B 通道之间的人为切换，缺点是要切换4个开关
（1）总开关：
（2）切换到A通道绿灯B通道红灯状态：
（3）切换到A通道红灯B通道绿灯状态：
4、在每个路口能够显示剩余通行时间或等待时间：
采用元件：两个74ls190芯片，三个或门，两个BS201A七段数码管
接线图如下：
由事先做好的555秒脉冲和两个由190组成的减法计数器构成
因为交通灯红灯时间为30秒，则起始时间为29，也就是说两个190的循环输入为2和9，接线图如图所示：
由于74ls190本身就是十进制，所以个位上就不需要反馈置数了。

起始状态为：
在25秒之后，一通道的绿灯跳为黄灯：
5秒后，转换为另一通道红灯亮：
如此，实现了一个循环。

5、夜间控制电路保持两个方向的红、绿灯灭，而黄灯闪亮
（1）计算过程：由555定时器构成多谐振荡器
公式：t PL=0.7（R2+R W）C
t PH=0.7（R1+R2+R W）C
又t PL+t PH=1秒，t PL≈t PH
所以R1取4.7kΩ，R2+R W=714.3kΩ（具体取712kΩ受限于电阻的固定阻值以及5%的误差）
C1=0.01μf
C2=1μf
（2）遇见问题：示波器显示错误，后从新接过又换了一台示波器就好了注意事项：由于秒脉冲，所以示波器得调到<5HZ的频率上才能看到方波，否则显示就是震荡波
接夜间黄灯的主体思路：由于红绿灯都有一端接地，所以先断开高电势端，后接通直接由CP秒脉冲提供的信号端经保护电阻接上两个黄灯就实现了夜间只闪黄灯的功能。

接线图
四、实验过程：
（1）总的连线图
（2）A 通道绿灯亮B 通道红灯亮的实现：
（3）A通道黄灯闪亮B通道红灯亮的实现：
（4）A通道红灯亮B通道绿灯亮的实现：
（5）A通道红灯亮B通道黄灯闪亮的实现：
（6）夜间时，黄灯闪亮的实现：
五、实验心得：
通过本次实验，我获益匪浅，首先我熟悉掌握了各电子芯片的功能，管脚，掌握了如何判别错误，分析问题，并找出最合理的解决办法。

仿真时是一路顺风的，虽然线路图有点复杂，但各功能都可以实现，但真正到了实物上时就产生了诸多问题，由于线路节点的多，导致面包板上的插线量也多，各种孔接触不好，芯片插不紧等等问题都考验着我们，最开始我只负责555的秒脉冲和夜间闪黄灯的功能，首先是示波器无法显示，我一直纠结于是否电容或芯片的损坏，而没有考虑到是示波器的问题，后来换了隔壁的一台后问题就迎刃而解了，同组成员负责的其他内容众多，我由于有了之前反复接线的经验我就帮忙指导组员如何处理众多杂乱的电线如何更简洁的布线。

接完线后进行测试，发现不行，无法实现功能，于是我们一个一个的芯片测试过来，分别发现损坏的芯片进行了替换，无法工作的插孔，与换插孔等一系列工作，掌握技巧如何小心的插孔不干扰到隔壁的线路，与保持接触良好中间遇到过很多挫折，甚至曾今一度有想要放弃的念头，好在我们最后坚持了下来，并获得了成功。

我所获得的经验是，设计与仿真时电路必须要进行优化，用最少的电路与芯片实现功能，不能只求做出结果，不求电路结构，这样会在实际试验中造成很大的麻烦。

实际操作中要作完一块检测一块，不能整体线路连完再检测，这样会很不方便。

不能求省力而选择较软的导线，这样很可能会在面包板里面串线，还是
应该扎实的选用粗铜线。

六、参考文献：
模电数电教科书，实验书，各芯片网上查找：型号，厂家，引脚，功能图。

面包板的使用，以及对于特定电路寻找模版，例如555定时器所接的秒脉冲为多谐振荡器电路，还有查电阻的阻值，五环所表示的含义，等等
七、鸣谢：
感谢我的组员：自掏腰包买了剥线钳，以及每天一大早去实验室占座，以及计时器那一块的设计接线工作，感谢李怿炳同学的整体电路框架，感谢张元一同学不断帮我分析可能是哪里错误，感谢各位老师陪伴我们在实验室，解答，指导等各种工作，感谢我家里人不断给予我鼓励，坚持的信念，感谢学校，感谢实验室的各种实验仪器设备，感谢我本人，彻夜通宵了两天，搭出了每一条线路，计算了秒脉冲的欧姆阻值，分析改进了错误，整合了电路，优化了设计。

最后的最后，感谢放假了！春节快乐！！。