课程设计--交通信号灯的控制电路《数字电子技术》课程设计课题：交通信号灯的控制电路班级：学号：学生姓名：指导教师：目录前言 (3)课程设计的要求和主要内容 (4)主控制器电路的设计 (6)计时器的设计 (12)译码驱动电路的设计 (14)采用的原件 (15)附录前言红绿灯（交通信号灯）系以规定之时间上交互更迭之光色讯号，设置于交岔路口或其他特殊地点，用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人，管制其行止及转向之交通管制设施。
为一由电力运转之交通管制设施，以红、黄、绿三色灯号或辅以音响，指示车辆及行人停止、注意与行进，设于交岔路口或其他必要地点。
诞生19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。
其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。
后来，英国伦敦威斯敏斯会议大楼前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国铁路信号工程师德·哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯-----煤气交通信号灯，这是第一盏信号灯。
在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。
后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。
不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。
从此，城市的交通信号灯被取缔了。
直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。
稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。
随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。
它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，它的诞生，使城市交通大为改善。
《电子技术》课程设计一、设计指标及要求题目：交通信号灯控制电路的设计要求：1.主干道经常通行;2.支干道有车才通行：3.主、支干道均有车时，两者交替通行，并要求主干道每次至少放行30秒，支干道每次至多放行20秒；4.每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5秒钟（此时原红灯不变）。
电路方框原理图本设计重点要求是设计出主控制器、计时器。
传感器信号可以用逻辑开关代替，信号灯可以采用发光二级管，“秒”信号脉冲可以用1H z脉冲信号代替。
二、课程设计说明书的主要内容（字数；4000～5000字）：1、设计任务及主要技术指标和要求；2、个单元电路的详细设计计算，元器件选择，电路图等；3、整体电路的工作原理说明；4、用EWB或Multisim绘制原理图，仿真。
主控制器的设计从所给的题目可知，本实验电路的设计师关于交通信号灯电路的控制，其中要求中提到支道有才通行，主道是要经常通行，则此时主道应该为绿灯，支道应该为红灯。
当支道和主道都有车要通行时，则主道和支道交替通行，且当绿灯变红灯需经过黄灯，二红灯变绿灯则不需要。
根据题目要求可分为4种情况：1.主道为绿灯时，支道为红灯；2.主道为黄灯时，支道为红灯；3.主道为红灯时，支道为绿灯；4.主道继续为红灯时，支道转为黄灯；按照这4个状态循环一、状态分析由于有四种状态2n=4,则n=2 。
我们可以确定主控制器中必须有两个触发器。
本实验中选择的是74109的JK触发器。
接下来设计具体的电路，按以下几个步骤：把主道为红，支道为绿,记为状态S0；把主道为黄，支道为红,记为状态S1；把主道为红，支道为绿,记为状态S2；把主道为红，支道为黄,记为状态S3；二、状态表主支状态记为绿红S000黄红S101红绿S210红黄S311结合题目分析上表可知，1.当电路处于S0有两种可能：①主干道有车支干道无车；②主干道和支干道都有车但是没过30'。
2.当电路处于S1时，没过5'。
3.当电路处于S2时也有两种可能：①支干道有车，主干道无车；②主、支干道都有车但是没过20'。
4.当电路处在S3时，没过5'。
5.当由S0转换为S1时的条件是：①主干道无车，支干道有车；②主干道和支干道都有车但是过了30'。
6.当由S1转换为S2时的条件是过了5'。
7.当由S2装换为S3时的条件是：①支路无车，主干道有；②主支都有但是过了20'。
8.当由S3装换为S0时的条件是：过了5'。
三．状态转换图根据上诉4种状态可以列出下面的状态转换图：图2四、逻辑抽象1.对主干道与支干道有无车进行抽象，令主干道有车时记为A=1，无车时记为A=0;有车无车主（A） 1 0支(B ) 1 02.对30'，20'，5'是否到来进行抽象，令①30’到来时记为L=1，没到记为L=0;②20'到来时记为S=1，没来记为S=0；③5'到来时记为P=1，没来记为P=0;到来未到30'（L） 1 020'（S） 1 05'（P） 1 0则图二可以转换为：图三五、状态转换表A B L S P Q2Q1Q2* Q1*X 0 X X X 0 0 0 01 1 0 X X 0 0 0 00 1 X X X 0 0 0 11 1 1 X X 0 0 0 1X X X X 0 0 1 0 1 X X X X 1 0 1 1 00 1 X X X 1 0 1 01 1 X 0 X 1 0 1 01 0 X X X 1 0 1 11 1 X 1 X 1 0 1 1X X X X 0 1 1 1 1 X X X X 1 1 1 0 0六、列出逻辑函数式运用Multisimz中的逻辑转换功能（Logic Converter）可以分别计算出Q2*，Q1*的最简逻辑式如图四，图五所示：Q1*的化简结果：（图四）Q2*的化简结果：（图五）由上图可知Q1*=A'BFG'+AB'FG'+E'G+BCF'G'+ADFG'=A'BQ2Q1+AB'Q2Q1'+P'Q1+ BLQ2'Q1'+ASQ2Q1'Q2*=AFG'+E'FG+EF'G+BFG'=AQ2Q1'+P'Q2Q1+PQ2'Q1+BQ2Q1' Q1*，Q2*为主控制器的输出，因为输出方程式驱动方程带入JK触发器的特性方程得出的，所以可以分离出JK触发器的驱动方程：JK触发器的特性方程为：J=JQ'+K'Q,则：Q1*=A'BFG'+AB'FG'+E'G+BCF'G'+ADFG'=A'BQ2Q1+AB'Q2Q1'+P'Q1+ BLQ2'Q1'+ASQ2Q1'=(A'BQ2+AB'Q2+ASQ2+BLQ2')Q1'+P'Q1Q2*=AFG'+E'FG+EF'G+BFG'=AQ2Q1'+P'Q2Q1+PQ2'Q1+BQ2Q1'=PQ1Q2' +(AQ1 +P'Q1+BQ1')Q2从上式中可得：J1=A'BQ2+AB'Q2+ASQ2+BLQ2'K1'=P';J2=PQ1K2'=AQ1 +P'Q1+BQ1';七、选用芯片，按要求连接电路选用74109JK触发器，将J1，K1所表示的电路接入第一块芯片的1J与1K'，J2，K2接入第二片的2J,2K'上，两块芯片的CLR'不接，VCC接高电平，GND 接地，时钟信号接同步的脉冲信号，信号脉冲频率为1Hz.上从上述驱动方程可以连接出以下电路图：（图6）计时器电路的设计本实验的及时器有3种类型，30'，20'，10'计时，而且每个计时器响应时相应的条件也不相同，所以需要3种不同的及时器记录三种时间，本实验选用的是74160二进制计时器。
Q2'Q1'一、计时条件当电路进行及时时需要在一定的条件下进行：①当进行30'记时条件是主干道和支干道均有车且处在So的状态②当进行20'记时条件是主干道和支干道均有车且处在S2的状态③当进行5'记时条件是主干道和支干道均有车且处在S1或者S3的状态对应上述条件可列出计时的时候，不同时间的电路所需的逻辑条件：①进行30'计时时，逻辑条件为ABQ2'Q1'②进行20'计时时，逻辑条件为ABQ2Q1'③进行5'计时时，逻辑条件为ABQ2'Q1+ABQ2Q1二、芯片选择由于每一种逻辑条件下只能让一个计时器工作，所以这里用到的是74HC138（3线--8线译码器）当输入一种状态，输出只有与之对应的输出端输出低电平，下图为条件控制的电路（图7）将Y4反向后端接入30'计时的EP,ET,将Y6反向接入20'计时的EP,ET.将Y5与Y7反向后经过一个与门接入5'计时的EP,ET上，即完成主控制器对计时器的选择。
在计时器的电路方面，由于选用的是74160，则应把逻辑条件作为计时器的控制端，接与EP,ET上，当逻辑条件为“1”时，EP=ET=1，芯片工作。
时钟信号选用同步时钟与主电路选用相同脉冲信号，此处用的是同步置零的方法，当要设计一个30'时，须从29的状态经过一个反向接入同步置数端，当要接一个20'时须从19的状态经过一个反向接入同步置数端，当要接5'时须从4的状态经过一个反向接入同步置数端.，输入信号统一接地，各个电路的进位输出作为时钟型号是否到来的标志接入主控制器。
具体的，在30'计时器中，第二块芯片的Q1，与第一块芯片的Q3，Q0共同接入一个与非门，经过一次与非接入LD'中，输出信号为置零信号取反作为30'计时标志，接入主控制器，记为“L”。
在20'计时器中，第二块芯片的Q0，与第一块芯片的Q3，Q0共同接入一个与非门，经过一次与非接入LD'中，输出信号为置零信号取反作为20'计时标志，接入主控制器，记为“S”。
在5'计时器中，将Q2接入非门接入LD'中，输出信号为置零信号取反作为20'计时标志，接入主控制器，记为“P”。
电路如图所示：（图8）译码器电路的设计一、逻辑转换将主干道的红，绿，黄分别设为R,Y,G。