电子电路课程设计报告 组别：第 5 组 课题：十字路口自动红绿灯指挥系统 学院：仪器科学与光电工程学院 专业：测控技术与仪器13-3班 姓名： 钱敏 冯一箪 唐新悦 学号：2013210098 2013210106 2013210131 指导老师: 赵 丽 鑫 开课时间：2014~2015学年第三学期 第 页 1
目录 一、设计题目······················2 二、主要指标及要求····················2 三、方案选择及电路工作原理···············2 四、单元电路设计分析··················6 五、总电路图·····················13 六、仿真及结果····················14 七、电子原件领用清单················14 八、安装、调试问题分析及解决办法··········14 九、测试效果及成果评价·················15 十、收获体会和改进建议·················17 十一、参考文献·····················17 第 页 2
一 设计题目 十字路口自动红绿灯指挥系统
二 主要指标及要求 设计一个十字路口交通信号灯控制器，用于控制交通主干道的交通灯和计时器，自动指挥干道车辆和行人轮流通行，保证车辆和行人安全通行。 1.自动完成绿－黄－红－绿－……工作循环； 2.每种信号灯亮的时间不等，如：绿灯亮20秒－黄灯亮5秒－红灯亮15秒，如此循环； 3.用倒计时的方法，数字显示当前信号的剩余时间，提醒行人和司机； 4．(*)信号灯的时间分别可调，以适应不同路口，不同路段交通流量的需求。
三 方案选择及电路工作原理 1.课题分析 状态 0000 0001 0010 信号灯 红 绿 黄 时间 15s 20s 5s 从上表可以看出，十字路口信号灯有3个状态，即状态计数器是三进制计数器。而时间显示总是从预置数开始倒计时，在0s时发生信号灯状态之间的切换。 2.方案选择 经过对课题的研究分析，我们首先确定了合适的设计方案。十字路口自动红绿灯指挥系统由七个部分组成：时钟振荡电路、预置数倒计时电路、数码显示电路、延迟电路、状态计数电路、信号灯显示电路和任意置数控制逻辑电路。 单元电路构成: a.时钟振荡电路是由NE555组成的多谐振荡电路，提供标准秒脉冲； b.预置数倒计时电路由两片74LS192芯片构成，进行倒计时； c.74LS192输出端连接数码管，进行倒计时显示； d.74LS192的溢出信号到达74LS161构成的三进制状态计数器的脉冲输入端，实现信号灯状态切换； 第 页 3
e.74LS161的输出到达74LS153的地址位，产生相应状态下的置数输入信号； f.由奇数个逻辑门“非”门组成的延迟电路，使得置数控制信号稍缓于置数输入信号； g.任意置数控制逻辑电路由两片74LS161、三片74LS373、数码管、四个开关和若干门电路构成，实现信号灯时间可调。 本电路设计最为关键的部分是置数输入信号和置数控制信号的先后顺序问题，我们选择的方案是首先让电路准备好该状态的置数输入，然后将置数控制信号送达74LS192的LOAD端，因此延迟电路的设计是重中之重。由功能表可知，74LS192是异步置数的，因此置数控制信号必须在出现0s后一秒到达，以确保倒计时的每一秒都是标准一秒的时间，于是我们利用门电路的速度快慢将74LS192的溢出信号转变为窄脉冲置数信号。 本电路设计的难点部分是实现信号灯时间可调。虽然这是选做任务，具有一定的难度，但是我们还是不畏艰难，积极寻找解决办法。我们共设想了三种方案：方案一：利用开关，控制74LS153数据选择位的高低电平； 方案二：利用计数器，将计数器输出送达74LS153的数据选择位； 方案三：利用计数器和锁存器，将锁存器输出送达74LS153的数据选择位； 方案一所需开关数目众多，实际操作中恐难以实现；方案二需三个计数器（六片芯片）和八个数码管，电路十分复杂，难以进行实际安装操作；比较理想的是方案三，利用一个计数器、一个数码管、三个锁存器和四个开关进行信号灯时间的置数调节，调节范围为0-99，因此我们最终选定的是方案三。 各方案电路如下：
方案一 第 页 4
方案二 方案三 本电路设计中，关于任意置数控制逻辑电路中计数器的选择也是经由我们慎重考虑的。我们所熟悉的计数器一般有74LS161和74LS90，本电路设计中任意置数逻辑控制电路部分所需的计数器是8421BCD码计数，74LS90似乎更符合要求，但是由于74LS90没有使能端，而任意置数控制逻辑电路只在红绿灯正常工作之前进行计数，所以我们选用了有使能端的74LS161芯片。74LS161是四位二进制可预置的同步加法计数器，因此我们首先需要将之改成8421BCD码计数器。 电路图如下： 第 页 5
3.设计原理 十字路口自动红绿灯指挥系统分为七个部分：时钟振荡电路、预置数倒计时电路、数码显示电路、延迟电路、状态计数电路、信号灯显示电路和任意置数控制逻辑电路。在电路正常工作之前首先需要用任意置数控制逻辑电路生成红、绿、黄信号灯各自的置数输入，计数器生成信号灯的时间范围为0-99，锁存器能够锁住计数数字，即保持置数输入不变；时钟振荡电路提供标准秒脉冲，倒计时开始；预置数倒计时电路实现倒计时循环；数码显示电路用于剩余时间显示；当倒计时到0s时产生溢出信号——秒脉冲，延迟电路利用溢出信号产生窄脉冲置数信号，到达74LS192的置数控制端；而溢出信号同时是74LS161构成的三进制状态计数器的脉冲输入，状态计数器的输出端与逻辑电路配合使信号灯按顺序亮灭，同时完成对下一环节的计数器倒计时预置，然后开始下一状态的倒计时。这样便可完成十字路口的交通信号灯控制。 4.结构框图
置数组合逻辑 两位可预置减法计数状态计数器 （或分配器）
置数输入端 置数控制端
倒计时数码显示
溢出信号 时钟输入
时钟输入
状态输出 时钟
信号
倒计时结束判别
绿 黄 红 第 页 6
四 单元电路设计分析 1.时钟振荡电路 用555定时器构成方波信号发生器，如下图：
参数选择： 电容充电回路：t1 =0.7(R1+R2)C 电容放电回路：t2 =0.7R2C 要求t1+t2 =1s 我们选择R1=R2= 10kΩ，C=47μF 算出t1+t2=987ms≈ 1s
2.预置数倒计时电路 74LS192功能表： 第 页 7
74LS192时序图： 一个独立的倒计时电路由两片74LS192芯片的减法计数来实现。其中，一片用作十位，另一片作为个位，其输入端连接74LS153的输出，输出端连接数码管。将第一片芯片的DOWN引脚接时钟振荡秒脉冲，BO引脚接第二片芯片的DOWN引脚，组成100进制倒计时计数器。一个独立的倒计时电路如下：
与独立的倒计时电路不同的是，预置数倒计时电路的溢出信号由两芯片的BO引脚取“或”之后产生，再经过奇数个“非”门电路产生窄脉冲作为置数控制信号，这样就使得置数控制信号稍缓于置数输入信号，实现了预置数倒计时。 第 页 8
实际电路连线如下图： 3.数码显示电路 D C B A D C B A 数码显示电路选用两块DCD_HEX数码管接芯片的输出引脚，实现倒计时剩余时间显示。值得注意的是，数码管从右往左位次由低到高递增。 4.延迟电路
由奇数个逻辑“非”门组成的延迟电路，利用溢出信号产生窄脉冲置数信号，到达74LS192的置数控制端，使得置数控制信号稍缓于置数输入信号。 5.状态计数电路 状态计数电路由74LS161芯片组成，将QA、QB连接至与非门后连接到CLR（清零法），构成三进制计数器。当接收到74LS192的溢出信号，开始实现从0000-0001-0010的三种状态计数，“0000”状态对应的是红灯，“0001”状态对应的是绿灯，“0010”状态对应的是黄灯。当计数器跳到0011时清零，开始下一轮状态循环。 第 页 9
74LS161引脚图: 状态图： 三进制状态计数器: 0000 0001 00 0010
0011 第 页 10
仿真电路图： 6.信号灯显示电路
74LS161的输出QA和QB通过门电路连接三种信号灯，从上到下依次为绿灯、黄灯、红灯。不同状态对应不同的信号灯，00状态代表红灯，01状态代表绿灯，10状态代表黄灯。 7.任意置数控制逻辑电路 1) 74LS153是双向数据选择器：双向是指经过选择，把多路数据中的一组数据传到公共数据线上，实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，74LS153是一个双四选一的数据选择器，它是由两组四选一数据选择器组成的。
QA QB =1 1