1 选题背景随着城市和机动车辆的不断增加, 城市交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者之间关系的协调，已经成了交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测, 交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统。

它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部。

近年来, 许多大城市都出现了交通超负荷运行的情况。

因此, 一些大城市纷纷修建市区高速公路, 在高速公路建完初期, 它们也曾有效地改善了城市交通状况。

然而, 随着交通流量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制, 这些高速道路并没有充分发挥预期的作用。

传统的交通灯只是红绿黄交替，经常有某条路上没车而交通灯又是绿灯亮起，这样就造成有车的不能过，大大浪费了人们的时间，因而设计一个能控制有无车行驶的交通灯能最大限度的缓解城市及周边地区的交通拥堵状况,回受到广大用户的欢迎。

1．1 指导思想由秒脉冲发生器，控制器，定时器和译码器等部分组成电路。

秒脉冲时该系统中控制器与定时器的标准时钟信号源，555定时器输出脉冲信号，通过计数器与数码管设计显示电路，逻辑开关模拟道路有无车辆，计数器主控发光二极管的亮灭。

1．2 方案论证方案一：用数电电子技术来实现交通灯控制它主要由控制器、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。

即采用正计时计数器，用1个计数器做主控电路，2个计数器计数，1个数据选择器来控制红绿黄亮灯的时间。

特点：成本低廉，元器件少，系统运行稳定。

方案二：用单片机技术来实现交通灯控制用单片机技术来来实现交通灯控制是最容易实现的，而且该电路可靠性也很高，但是这是要求设计者要有单片机编程的基础上才能完成设计。

综合考虑，我选用了数字电子技术来实现交通灯控制，即方案一。

1．3 设计任务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，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。

具体要求如下：（1）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车时才交替通行。

（2）可用逻辑开关作主支干道检测车辆是否到来的的信号。

主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。

（3）由绿灯亮转换到红灯亮时，黄灯要亮5秒。

注：用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯；用逻辑开关作为支干道检测车辆是否到来的信号。

1．4 设计方案该交通灯定时控制系统的组成由状态控制器（主控电路）、状态译码器、加法计数器（计数电路）、秒脉冲发生等组成。

状态控制器主要用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过状态译码器分别点亮相应状态的信号灯。

秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过加法计数器实现计数，控制每一种工作状态的持续时间。

加法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定计数器下一次加计数的初始值。

加法计数器的状态由CD4511译码器译码、数码管显示。

工作原理框图如图1-1所示图1-1 工作原理框图2 单元电路设计2.1 秒脉冲发生器我设计的秒脉冲发生器是有555电路及外围电路组成的，如图2所示，R 1、R 2和C 是外接定时元件，将555定时器的高电平触发端THR 与低电平触发端TRI 连接在一起，接到R 2和C1的连接处，将放电端DIS 接到R 1、R 2的连接处，CON 端接有10nF 的滤波电容，以提高电路的稳定性，也可不接。

图中R2和C 组成了一个串联的RC 充放电电路，由555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。

该电路输出脉冲的周期为：T=(R1+2R2)lnC ……………………………………………………………………（1-1） 我选择了R1=R2=47K, C=10nF ，则T=0.987s 电路图如图2-1所示：图2-1 秒脉冲发生器2.2控制器控制器是交通管理的核心部分，它可以按照交通规则控制信号灯的状态转换。

我这次设计的交通信号灯由四种不同的状态，分别用S 0（主干道绿灯亮，支干道红灯亮）、S 1（主干道黄灯亮，支干道红灯亮）、S 2（主干道红灯亮，支干道绿灯亮）、S 3（主干道红灯亮，支干道黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图2-2所示：图2-2 控制器状态转换图显然这是二进制计数法，用74HC161芯片来实现计数功能，用数据选择器74HC153芯片来实现74HC161芯片传入的信号，将74HC161芯片的信号加到74HC153芯片的数据选择输入端作为控制信号，即可实现控制功能。

控制器原理图如图2-3所示：图2-3 控制器原理图2.3定时计数系统根据设计要求，交通灯控制系统的定时器是由与系统秒脉冲发生器同步的计数器构成，系统从0开始进行增1计数来完成45秒、25秒、5秒的定时任务。

采用同步十进制加/减计数器74HC160，它具有同步清零，异步置数功能。

（1）其功能如下表2-1：Key = Space表2-1 74HC160的功能表（2）45， 5 ，25， 5，进制循环加法计数电路设计循环加法计数电路是通过一片74HC153双四选一数据选择器和两片74HC160来实现，电路图如图2-2所示。

图2-4 计数电路图2.4译码器译码器的主要功能是将控制器输出的4种工作状态，翻译成主干道，支干道六个发光二极管的工作状态。

由秒脉冲发生器产生的周期性变化的CLK 脉冲，一部分送给了定器74HC160芯片，另一部分送给了控制器74HC161芯片。

在脉冲ST 同时加到定时器74HC160芯片的情况下，通过芯片74HC10将会输出TY 、TY 非；TL 、TL 非。

控制器中的信号在送给74HC139与74HC08芯片组成的译码器后再通过电路中指示灯和220欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果是通过发光二极管的正常工作来实现。

控制器的状态与信号灯的关系如下表2-2（A ：主干道 B ：支干道 ；“1”表示灯亮，“0”表示灯灭 ）。

表2-2 控制器状态与信号灯的关系表根据真值表，可求出各信号灯的逻辑函数表达式为： 21212Q Q Q Q Q R =+= 2Q R =12Q Q Y = 12Q Q Y = 12Q Q G = 12Q Q G =21212Q Q Q Q Q r =+= 2Q r = 12Q Q y = 12Q Q y =12Q Q g = 12Q Q g =电路图设计如下图2-5：图2-5 译码器电路图2.5 显示电路由CD4511和七段数码管组成。

各计数器的输出端输出的信号，分别送给对应CD4511，经过CD4511译码输出的七段LED数码管的十进制数显示代码，使共阴七段LED数码管显示出对应的十进制数，即交通灯需要的显示时间。

CD4511和七段数码管组成的电路如图2-4图2-6 显示器电路图3 总电路原理图把各个单元电路互相连接起来，整机电路如图3-1所示：图3-1 总电路原理图4 元器件清单表4-1 元器件清单:5 调试过程与结果（或者仿真结果）5.1 通电前检查电路安装完毕后，仔细检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。

5.2 通电检查1．先调试秒信号发生器。

用示波器来监视秒信号发生器的输出，输出信号的周期应为1S。

2．直接将秒信号接入计数电路脉冲输入端，在该脉冲作用下，数码管开始计数。

3．将秒脉冲信号接入芯片74HC161上，在脉冲的作用下，主支干道绿红黄指示灯交替亮。

4．把各个单元电路互相连接起来，进行系统通调。

6.3 结果分析当按钮按下时，通过按动按键开关给系统复位，使系统自动运行，按钮断开时模拟支干道无车，主干道绿灯常亮，支干道红灯常亮，再次将按钮按下，系统恢自动运行。

仿真结果见附录图6-1。

6 心得体会及今后的改进意见6.1 心得体会通过这一次的课程设计，我对相关的电子技术知识有了进一步的认识，对于电子产品的设计与制作有了一定的了解，同时加深了对相关知识的掌握。

通过实践，对书本上的知识有了更深的理解，有效的将书本知识和实际情况联系起来。

在这次电子技术课程设计的时间里可以说是整天都充满着压力与忙碌，值得欣慰的是一分耕耘，就有一分收获，我也的确从此次的课程设计中学到了很多东西。

从开始得到老师给的课题时的一脸茫然到老师讲解后对课设内容的初步了解，然后自己通过查资料、与同学共同探讨，自己设计到最后有了结果并写出这份课程报告，心中充满了成就感。

这次的课程设计并没有想象中的那么顺利，其间我们也遇到了很多的困难，但是在大家的讨论的下我们还是完成了。

这让我意识到只要我们努力了，就没有攻不过的难关，而且，对于电子技术的思考，让我的逻辑思维能力大大提高，思维更加敏捷。

同时让我培养了一种透过部分联系全篇的思路，锻炼了我办事的能力，做事效率提高了很多。

我认识到无论在什么设计中，都要有一定的耐心和毅力，不要遇到问题就退缩，要不畏困难，勇于创新。

以前总是觉得理论结合不了实际，但通过这次设计使我认识到了理论结合实际的重要性。

但由于我知识的限制，设计还有很多不足之处，希望老师指出并教导。

通过对电路图的研究，也增强了我们的思考能力。

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现问题,提出问题,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

总之，这次实践是有很大收获的，自己也有不少心得体会。

感受最深的是，理论是实践的基础，但实践又和理论的阐述有不少不同，在学习的闲暇之余一定要运用理论知识，在实践中验证知识，发现知识。

此次课程设计，愉快而难忘，虽然结束，但是学习与实践永远不会结束。

7参考文献【1】阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006【2】党宏社.电路、电子技术实验与电子实训.电子工业出版社.2010附录。