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课程设计

课程名称数字电子技术课程设计 题目名称交通灯控制电路设计 学生学院物理与光电工程学院 专业班级13电子科学与技术1班 学号 学生姓名李玉祥 指导教师陈元电 2014年06月29日 1?设计题目摘要 1.1?选题B：交通灯控制电路设计? 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、迅速地通行，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在禁行线内。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。 1.2?设计任务与要求? （1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。? （2）当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。? （3）主支干道交替允许通行，主干道每次放行30s、支干道20s。设计30s和20s计时显示电路。? （4）在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，设置5s计时显示电路。

2?原理电路和程序设计? 2.1?方案比较? 方案一：秒脉冲发生器使用晶振产生，数码管使用共阳极7段数码管，计数器利用时序逻辑电路的设计方法设计。? 方案二：秒脉冲发生器使用555定时器，数码管使用共阴极7段数码管，减法计数器使用MSI的74LS190。? 由于交通灯计数器不需要很精确的秒脉冲，而且555定时器如果利用进度高的小型电位器的话也可以达到很高的精度，而且不需要分频器；直接利用触发器设计计数器的话工作量大，而且电路复杂，话费多，所以使用集成芯片74LS190来作为计数器。74LS190是高电平输出，故使用共阴极的数码管。 2.2?整体电路

2.3?单元电路设计及工作原理分析?

实现上述任务的控制器整体结构，如图所示。

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支干道信号灯 主干道信号灯 显示译码驱动电路 主控制器 时钟信号 30S,20S,5S计时器 3电路设计计算与分析? 3.1时钟脉冲信号的产生? 时钟脉冲信号由555定时器与相应大小的电阻和电容连接而成的多谐振荡器来产生。由于电路中需要的脉冲信号周期为1S，如果选用的电容分别是10UF和0.01UF，则根据周期计算公式T=(R1+2R2)CLN2，可得到R1+2R2的阻值为151K欧，因此我们令R1等于39K欧，R2等于51K欧，则连接而成的由555定时器构成的多谐振荡器如下图所示。 3.2主控制器 主控电路是本课题的核心，主要控制30s、20s、5s三个定时器，它的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路启动。主控电路属于时序逻辑电路，可采用状态机的方法进行设计。 主干道和支干道各自的三种灯（红、黄、绿），正常工作时，只有4种可能，即4种

状态： 主绿灯和支红等亮，主干道通行，启动30s定时器，状态为S0； 主黄灯和支红灯亮，主干道停车，启动5s定时器，状态为S1； 主红灯和支绿灯亮，支干道通行，启动20s定时器，状态为S2； 主红灯和支黄灯亮，支干道停车，启动5s定时器，状态为S3。 四种状态的转换关系如图5： 图5交通灯控制状态转换图 未过30s 可用2个JK触发器表达上述四种状态的分配和转换。? 主绿灯 3.3计时器电路? 支红灯 已过30s 计时器电路是本次设计中做复杂也最为关键的一部分，这一部分又可以分为输出和输入两部亮 分。输入的信号除了秒脉冲时钟信号以外，更重要的是主控电路对其输入的置数信号。输出信号已过5s S0 为三部分，分别是主次干道的计时显示电路、置数端开关控制信号、主控电路的脉冲控制信号。

未 主红灯? 主黄灯 未 （1）百进制计数器电路过 支黄灯 S3 过 74LS190D可以实现加计数和减S1 支红灯这一部分我们选用两片十进制计数器芯片74LS190D级联而成。s 5 s 5 亮 亮 计数，由U/D控制，当输入为低电平时进行加计数，反之则为减计数，本次设计选用减计数，因此U/D端输入始终为高电平。CTEN端为扩展功能端，接入低电平时正常工作，级联接线如图已过5s 3-4S2 所示。

主红灯 （2）置数端开关信号与主控器脉冲信号输出电路? 已过20s 支绿灯 亮 未过20s

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当计数器每完成一个状态的计数后，需要打开自己的置数端接受主控器下一个状态的置数，同时输出脉冲送往主控器使其产生新的状态。由于每完成一个计数状态，计时器都会有一个低电平进位输出，我们可以将这个低电平送往置数端开关端口打开置数端，同时反向后送往主控器切换状态。但由于进位输出信号过于短暂，可能使主控器电路来不及反应就消失，造成电路不稳定。为了解决这一个问题，使进位输出信号有足够的宽度，我们想到用基本RS触发器组成反馈置数电路，由于进位输出信号是低电平，所以反馈电路可设计如图3-5所示。??

图3-5??基本RS触发器组成的进位输出电路

3.4计时器显示电路

在本次设计中，主道和次道的计时显示电路我们仅仅用数码显示管DCD_HEX来完成，用于计时状态的显示，主道于此道显示器接法相同，如图3-9所示。 3.5元件选择 序号 名称 型号参数 数量 备注 1 加/减法计数74LS190D 2 器 2 七段数码管 DCD-HEX 4 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 17

4位二进制计数器 3线－8线译码器 反相器 或门 与门 或非门 电阻 电阻 电阻 电容 电容 电容 555计时器 发光二极管 发光二极管 发光二极管 74LS163D 74LS138D 74LS04D 74LS32D 74LS08D 74LS08D 150KΩ 51KΩ 39KΩ 1uF 10uF 10nF LM555CM 大 大 大 1 1 4 3 2 2 2 1 1 2 1 1 1 2 2 2 红色 黄色 绿色