XXX学院课程设计报告课程名称：《数字电子技术》课程设计设计题目：（单双号题目不同）班级：09电子信息工程2班姓名：XXXXX学号：XXXXX指导老师：XXXXXXX教师评语：课程设计任务书题目：交通灯控制电路一、简述为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。

其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。

二、设计任务和要求任务：设计制作一个十字路口交通灯控制电路。

设计要求：由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、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靠到禁行线之外，设计要求如下：（1）用红、绿、蓝三色发光二极管作信号灯，用传感器或用逻辑开关代替传感器作检测车辆是否到来的信号，设计制作一个交通灯控制器(2）由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道处于常允许通行的状态，而支干道有车来才允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。

而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯。

（3）当主、支干道，均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行24秒，支干道放行20秒，设立24秒和20秒即使显示电路。

（4）在每次由亮绿灯转变成亮红灯的转换过程中间，要亮4秒的黄灯作为过渡，以行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，设置4秒计时显示电路。

交通灯态序表如下：态序主干道支干道时间1 绿灯亮循序通行红灯亮不允许通行24s2 黄灯亮停车红灯亮不允许通行4s3 红灯亮不允许通行绿灯亮允许通行20s4 红灯亮黄灯亮停车 4s三、可选用器材1. 通用实验底板2. 直流稳压电源3. 交通信号灯及汽车模拟装置4. 集成电路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及门电路目录一、设计任务与要求---------------------------------------- 1二、方案设计与论证---------------------------------------- 22.1 秒脉冲和分频器-------------------------------------- 22.2 交通灯控制器---------------------------------------- 32.3 显示控制部分---------------------------------------- 42.4 手动/自动控制，夜间控制------------------------------ 42.5 系统框图-------------------------------------------- 4三、单元电路设计与参数计算------------------------ 53.1 秒脉冲和分频器电路的设计---------------------------- 53.2 扭环形12进制计数器及信号灯电路设计----------------- 53.3 数码管显示电路设计---------------------------------- 63.4 手动控制电路设计------------------------------------ 7四、仿真过程与仿真结果---------------------------------- 74.1 秒脉冲与分频器的仿真-------------------------------- 74.2 扭环形12进制计数器及信号灯电路仿真----------------- 84.3 数码管显示电路仿真---------------------------------- 94.4 手动控制电路仿真------------------------------------ 9五、总原理图及元器件清单-------------------------- 95.1 总原理图--------------------------------------------- 105.2 元件清单--------------------------------------------- 11六、安装与调试---------------------------------------------- 11七、性能测试与分析----------------------------------------- 12八、结论与心得---------------------------------------------- 13九、参考文献------------------------------------------------ 13二、方案设计与论证根据设计任务和要求，设计方案可以从以下几部分进行考虑。

1、秒脉冲和分频器555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，利用它能方便的构成多谐振荡器，即我们要使用的秒脉冲。

因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:1:6，所以，若选21秒为一单位时间，则计数器每计21秒输出一个脉冲。

这一电路可以用74LS161级联构成21进制对555出来的秒脉冲进行分频。

2、交通灯控制器由波形图可知，计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。

计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。

这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。

扭环形计数器的状态表如表1.3所示。

表1.3 状态表根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式： 东西方向 绿：54Q Q EWG ⋅=黄：)1(54CP EWY Y EW Q Q EWY ⋅='⋅= 红：5Q EWR =南北方向 绿：54Q Q NSG ⋅=黄：)1(54CP NSY Y NS Q Q EWY ⋅='⋅= 红：5Q NSR =由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标1s 和EWY 或NSY 黄灯信号相“与”即可。

3、 显示控制部分显示控制部分实际上是一个定时控制电路。

当绿灯亮时，使74LS192构成的减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。

由以上分析可知要减的时间是红灯亮的时间。

绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:1:6，若取单位时间为21S ，则红灯亮126S ，故74LS192要用级联的方式构成126进制。

由于是用对方的红灯信号控制计数器的工作，故可将红灯信号接计数器的清零端。

而计数器的置数有两种方案。

方案一：由于是减计数，故0下去就为9计数器的输出最高位必为“1”，可通过非门接到置数端，制成126。

方案二：利用计数器的借位位，借位是低电平有效，故可以直接接到计数器的置数端，制成所需的数值。

译码显示可用CC4511 BCD码七段译码器，显示器用七段共阴极LED显示器。

4、手动/自动控制，夜间控制这可用一选择开关进行，当置于手动位置时，手动输入单脉冲，该脉冲可以由与非门构筑的RS触发器提供，使交通灯位于某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。

夜间时，将夜间开关接通，黄灯闪亮。

打向夜间开关时可以将秒脉冲接黄灯。

5、系统框图如下图所示：三、单元电路设计与参数计算1、秒脉冲与分频器电路的设计取C2=1OuF,可调电阻为2K ，R1=R2=71K,则555输出的脉冲周期为1S 。

由74LS161构成21进制，对脉冲分频，如上图所示，高位芯片的最低输出位即为21S 输出一个脉冲。

2、扭环形12进制计数器及信号灯电路设计原理图如下所示74LS164构成12进制的扭环形计数器。

信号灯的连接根据： 东西方向 绿：54Q Q EWG ⋅=黄：)1(54CP EWY Y EW Q Q EWY ⋅='⋅= 红：5Q EWR =南北方向 绿：54Q Q NSG ⋅=黄：)1(54CP NSY Y NS Q Q EWY ⋅='⋅= 红：5Q NSR =3、数码管显示电路设计图中绿线为74LS164的 5Q ； 蓝线为74LS164的5Q 。

4、手动控制电路设计手动控制电路是由两个与非门组成的RS触发器来实现的，按下按键，输出一个脉冲，让该脉冲输入74LS164，使其移位计数，从而可以控制信号灯位于某一状态。

四、仿真过程与仿真结果1、秒脉冲与分频器的仿真红线是秒脉冲出来的信号，蓝线是分频器出来的信号。

2、扭环形12进制计数器及信号灯电路仿真3、手动控制电路仿真五、总原理图及元器件清单1、总原理图2、元件清单六、安装与调试本设计先通过Multisim 11.0的仿真调试得到合理的设计图，再通过Protel 软件印刷电路板，焊接好电路板后先观察实际效果。

再测试各个模块电路的功能。

下图为该设计PCB图：下表为测试表:七、性能测试与分析经过测试，数码管显示功能正常，且能被正常置数；显示时间与信号灯亮的时间步调一致。

电路无逻辑上的错误，总体正常。

所有集成芯片的空置脚需要经过悬空或接地处理，否则芯片的功能（尤其是使能端）可能无效。

八、结论与心得为期一个星期的数电实训已经结束，我选作的课题也基本上完成了设计任务但是因为制版的原因和芯片的不够导致无法调试，我设计的交通灯逻辑控制电路在软件上能正常显示红灯所亮的时间，开始看到课题时一点思路都没有，只能看着系统框图去找一个个芯片及它们的使用方法，一天下来基本没什么成就，后来开始慢慢有了头绪，开始一个个模块去仿真，而且使用Multisim 11.0仿真时，很快就将整个系统电路仿真出来，效果基本能满足设计要求。

接下来就是用Protel制版，由于集成芯片有十几片之多，自己一开始不清老师讲的总想把所有东西弄到一起布线，没想到在座单面板的情况下是不可能很快完成的，不出来也是跳线很多，最后还是一个个模块去布线。

然后就是转印、腐蚀、焊接，时各个模块都很正常，唯有74LS192构筑的减计数器不能被正常置数，但数码管所流动的时间与红灯亮的时间是相等的，这就更说明了是计数器的置数出问题了，开始时的设计是让高位的74LS192的高位输出通过非门接到各片74LS192的置数端，但是出现了一个奇怪的现象，非门在高电平时不反相，导致74LS192不能置数，认真检查原理图，一切都正常，PCB图也没问题，板子也没什么明显的问题，最后没有办法只能换一种置数方式，利用高位74LS192的借位位，由于借位是低电平有效，所以直接将其接到置数端，只要一有借位则被置数。

总之这个星期的所学对我各方面的知识和技能应用能力都有了个提高，并将受益无穷。

九、参考文献[1] 张蓬等编著.Protel DXP电路设计入门与应用.北京：机械工业出版社[2] 付家才主编. 电子实验与实践.北京：高等教育出版社[3] 阎石主编. 数字电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社[4] 华成英童诗白主编. 模拟电字技术基础（第四版）.北京：高等教育出版。