十字路口交通灯控制器(数电课程设计)

1、课 程 设 计设计题目： 十字路口交通灯控制器 系 别 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 起止日期： 年 月 日起至 年 月 日止课程设计任务书课程设计题目： 十字路口交通灯控制器 系 别 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 课程设计进行地点： 任 务 下 达 时 间： 年 月 日 起止日期： 年 月 日起至 年 月 日止教研室主任 年 月 日批准十字路口交通灯控制器1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：1掌握十字路口交通灯控制器的构成、原理与设计方法；2熟悉集成电路的使用方法。1.2 根本要求1设计一个具有三种信号灯红、黄、绿的十字路口交通灯控制器，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄

2、灯亮那么给行驶中的车辆留出时间停在禁行线外；2主、支干道交替允许通行，主干道每次放行40秒，黄灯亮5秒；支干道放行20秒，黄灯亮5秒；3各计时电路显示2 设计过程及论文的根本要求：2.1 设计过程的根本要求1根本局部必须完成，发挥局部可任选2个方向：2符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图；3设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的根本要求1参照毕业设计论文标准打印，包括报告中的所有电路图。2装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各局部电路及参数计算、工作过

3、程分析、元器件清单、主要器件介绍、小结、参考文献、附录逻辑电路图。3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注1讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始模块图打分2讲解如何绘制逻辑原理图并检查及修正模块图打分3讲解计算机仿真软件的应用及如何对电路进行仿真打分4讲解设计报告的书写及继续修正逻辑原理图,布置辩论打分5检查报告完成情况、辩论打分 数字电子技术课程设计成绩评定表系部： 班级： 学生姓名： 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。5432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良

4、好，能够独立完成设计工作， 5432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。5432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。5432指导教师评审成绩加权分合计乘以12 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力5432工作量工作量饱满，难度适中。5432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。543

5、2评阅教师评审成绩加权分合计乘以8分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分中 文 摘 要 随着社会经济的开展，城市交通问题越来越引起人们的关注，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。分析了现代城市交通控制的现状，结合十字路口交通的实际情况，本文详细的阐述了基于数字电路的十字路口交通灯控制器的工作原理，并给出了合理的设计方案。该十字路口交通灯控制器是在传统设计的根底上进一步加以改良，添加了感应特殊车辆通行的功能。通过时序逻辑电路和组合逻辑电路相结合，实现了用数字信号来自动控制十字路口红、绿、黄交通灯状态的转换。由于该交通灯控制

6、器价格低廉、可靠性好且使用寿命较长，因此被广泛的应用于中小型城市的十字路口交通灯的控制中。在该设计中，根据工程的要求，将整个系统划分为假设干个功能模块，详细制定了各局部的实现方案。并综合考虑了各方面的因素，选择最适合的器件。在较充分的原理实验基础上，经过反复的调试，最终到达了设计工程要求。关键词 交通灯，控制器，秒脉冲发生器，定时器，译码器目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc335165028 课程设计任务书 PAGEREF _Toc335165028 h II HYPERLINK l _Toc335165029 数字电子课程设计成绩评定表 PAGEREF

7、_Toc335165029 h IV HYPERLINK l _Toc335165030 中 文 摘 要 PAGEREF _Toc335165030 h V HYPERLINK l _Toc335165031 1 设计任务描述 PAGEREF _Toc335165031 h 1 HYPERLINK l _Toc335165032 设计题目：十字路口交通灯控制器 PAGEREF _Toc335165032 h 1 HYPERLINK l _Toc335165033 1.2 设计要求 PAGEREF _Toc335165033 h 1 HYPERLINK l _Toc335165034 1.2.1

8、 设计目的 PAGEREF _Toc335165034 h 1 HYPERLINK l _Toc335165035 1.2.2 根本要求 PAGEREF _Toc335165035 h 1 HYPERLINK l _Toc335165036 2 设计思路 PAGEREF _Toc335165036 h 2 HYPERLINK l _Toc335165037 3 设计方框图 PAGEREF _Toc335165037 h 3 HYPERLINK l _Toc335165038 4 各局部电路设计及参数计算 PAGEREF _Toc335165038 h 5 HYPERLINK l _Toc335

9、165039 4.1 秒脉冲信号发生器 PAGEREF _Toc335165039 h 5 HYPERLINK l _Toc335165040 定时器 PAGEREF _Toc335165040 h 6 HYPERLINK l _Toc335165041 4.2.1 设计思路 PAGEREF _Toc335165041 h 6 HYPERLINK l _Toc335165042 4.2.2 主要元器件介绍 PAGEREF _Toc335165042 h 6 HYPERLINK l _Toc335165043 4.2.3电路组成 PAGEREF _Toc335165043 h 7 HYPERLI

10、NK l _Toc335165044 控制器 PAGEREF _Toc335165044 h 7 HYPERLINK l _Toc335165045 4.3.1设计思路 PAGEREF _Toc335165045 h 7 HYPERLINK l _Toc335165046 4.3.2主要元器件介绍 PAGEREF _Toc335165046 h 9 HYPERLINK l _Toc335165047 4.3.3电路组成 PAGEREF _Toc335165047 h 10 HYPERLINK l _Toc335165048 4.4 译码器 PAGEREF _Toc335165048 h 10

11、HYPERLINK l _Toc335165049 5 工作过程分析 PAGEREF _Toc335165049 h 12 HYPERLINK l _Toc335165050 6 元器件清单 PAGEREF _Toc335165050 h 13 HYPERLINK l _Toc335165051 7 主要元器件介绍 PAGEREF _Toc335165051 h 14 HYPERLINK l _Toc335165052 7.1 555 PAGEREF _Toc335165052 h 14 HYPERLINK l _Toc335165053 7.2 74163 PAGEREF _Toc33516

12、5053 h 14 HYPERLINK l _Toc335165054 7.3 74160 PAGEREF _Toc335165054 h 17 HYPERLINK l _Toc335165055 小 结 PAGEREF _Toc335165055 h 20 HYPERLINK l _Toc335165059 致 谢 PAGEREF _Toc335165059 h 21 HYPERLINK l _Toc335165060 参考文献 PAGEREF _Toc335165060 h 22 HYPERLINK l _Toc335165061 附 录 PAGEREF _Toc335165061 h 2

13、3 HYPERLINK l _Toc335165062 A1 逻辑电路图 PAGEREF _Toc335165062 h 231 设计任务描述1.1 设计题目：十字路口交通灯控制器1.2 设计要求 每个选题最多只允许8人进行设计，每题的n个设计必须保证不雷同包括设计和报告；否那么，轻微雷同的影响成绩，严重的不及格。尽量能够进行仿真验证运行，仿真工具可自选MultiSim/ModelSim/QuartusII/ISE/Protous中之一。1 设计目的 (1) 掌握十字路口交通灯控制器的构成、原理与设计方法；(2) 熟悉集成电路的使用方法1 根本要求 (1)设计一个具有三种信号灯红、黄、绿的十字

14、路口交通灯控制器，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮那么给行驶中的车辆留出时间停在禁行线外；(2)主、支干道交替允许通行，主干道每次放行40秒，黄灯亮5秒；支干道放行20秒，黄灯亮5秒；(3)各计时电路显示。2 设计思路如今，可以这样说在世界的的各个地方的马路上都可以看见红绿灯，正是有了这个高科技的产品，减少了许多人力在指挥交通上，同时也防止了许多本可以防止的交通事故。如今他已经成为疏导交通车辆最长见和最有效的手段。但这一技术早在19世纪就已经问世了，而且随着时代的开展，社会的进步，信号灯的技术也得到了开展。1858年，在英国伦敦的主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯

15、，用以指挥马车通行，这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。1914年，电器启动的红绿灯出现在美国，他被安装在纽约市5号大街的一座高塔上。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。现在正在应用的红绿灯主要有三种类型，定周期的信号机，多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机以及联网式自适应多相位智能式信号机。其中定周期信号机这一类型以其设计简单，本钱低，安装及维护方便等特点得到了广泛的应用。本次课程设计中我所设计的十字路口交通灯控制器就属于这一类型。在本次课程设计中针对“十字路口交通灯控制器这一课

16、题，我采用了555脉冲发生器产生1KHz的方波，并通过三个74160分频器进行分频，产生大小为1KHz的方波，即1秒的脉冲信号供电路使用。我选择74163对信号进行计数，通过非门和6线与门产生T30秒，Ts20秒，Ty5秒的计数范围为74153数据选择器提供信号，同时返回St是计数器清零重新计数。数据选择器输出的信号通过D触发器向译码器传递，然后通过非门和或门产生四种分配状态，即主绿支红，主黄支红，主红支绿，主红支黄的循环，到达十字路口交通灯的作用，满足课程设计的要求。3 设计方框图主干道信号主干道信号灯触发器译码器触发器译码器支干道信号支干道信号灯定时器秒脉冲发生器定时器秒脉冲发生器主控器计

17、数显示器译码器计数显示器译码器由对十字路口交通灯控制器的分析可以画出十字路口交通灯控制器的原理方框图，如上图所示。他是由控制器、定时器、译码器状态0状态0支干道绿灯亮状态1支干道黄灯亮状态2主干道绿灯亮状态3主干道黄灯亮信号灯状态与车道运行状态如下：S0：主干道车道的绿灯亮，车道通行；支干道车道的红灯亮，车道禁止通行。S1：主干道车道的黄灯亮，车道缓行；支干道车道的红灯亮，车道禁止通行。S2：主干道车道的红灯亮，车道禁止通行；支干道车道的绿灯亮，车道通行。S3：主干道车道的红灯亮，车道禁止通行；支干道车道的黄灯亮，车道缓行。4 各局部电路设计及参数计算4.1 秒脉冲信号发生器本电路中的振荡器是

18、由555定时器和R和C构成的多谐振荡器。由于555内部的比拟器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。工作原理：通过调整电阻R的阻值与电容C的容值来调节振荡器的产生频率，此次设计中振荡器的振荡频率为1Hz，即所需要的秒脉冲信号。秒信号产生电路参数计算参数标注如图所示，555振荡器电路的振荡周期可由下式估算： T=t1+t2=1 s t1=0.7(R1+R2 +R2)C1 t2=0.7R2C1假设选定脉冲占空比为0.6，可得 = 取电容C=470F，那么R2=1k那么R1=1 k. 设计思路定时器由计数器构成，且该计数器与系统的秒脉冲同步。首先，计数器在状态

19、转换信号St的作用下清零。然后，当时钟脉冲上升沿到来的时候，计数器从零开始计数。接着计数器分别向控制器提供模5的定时信号TY和模30、20的定时信号Tl Ts。因此选用具有同步清零、同步计数的计数器会比较简单，在这次设计中选用了74163。 主要元器件介绍 74163 为中规模集成计数器芯片，是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。它的管脚排列及功能表如下表3.1 74163功能表输入 输出 CP CLR CLOD P T A B C D QA QB QC QD 0 * * * * * * * 0 0 0 0 1 O * * A B C D A B C D * 1 1 0 *

20、* * * * 保 持 * 1 1 * 0 * * * * 保 持 1 1 1 1 * * * * 计 数 由功能表可见，当清零端 CLR=1 ，置入 CLOD，计数允许端 P=T=1 时工作在计数状态，管脚 15 输入进位脉冲。 该芯片也可以实现可编程计数器，即它的每一个输出可被预置为任一电平，当置入端 CLOD=0 时，在下一个时钟脉冲到来后，输出端的数据便和输入数据一致。这种计数器的清零是同步清零，即清零端 CLR=0 时在一个时钟脉冲到来后才能清零。4.2.3电路组成从与门中输出的信号被输送到下一级数据选择器中进行选择。4.3.1设计思路控制器的核心局部，它应该按照交通灯管理规那么控制

21、信号灯的工作状态的转换。根据前面的分析可知设计思路控制器是交通交通灯有四种正常工作状态： S0 S1 S2 S3主红灯亮干绿灯亮主红灯亮干黄灯亮主红灯亮干绿灯亮主红灯亮干黄灯亮主绿灯亮干红灯亮主黄灯亮干红灯亮根据分析及图可列出控制器状态转移表：表3.2 控制器状态转移表 输入 输出现态 状态转换条件 次态 状态转换信号Q1N Q0N Tl TY Q1N+1 Q0N+1 SR 0 0 0 * 0 0 0 0 0 1 * 0 1 1 0 1 * 0 0 1 0 0 1 * 1 1 1 1 1 1 0 * 1 1 0 1 1 1 * 1 0 1 1 0 * 0 1 0 0 1 0 * 1 0 0 1

22、根据表所示，现态与次态相同，故可以选用两个D触发器FF0和FF1作为时序存放器产生四中状态。制器状态转换的条件为Tl和TY，当控制器处于Q1nQ0n 00状态时，如果Tl 0，那么控制器保持在00状态；如果Tl1，那么控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项*表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号SR根据表可以列出状态方程：Q1n+1=Q1nQ0n TY +Q0nQ1n+ Q1n Q0n TY Q0n+1=Q1n Q0n Tg+Q0nQ1n+ Q1n Q0n TgSr=Q1n Q0n Tg+ Q1nQ0n TY +Q0nQ1n Tg +

23、Q1n Q0n Ty根据以上方程，可以选用数据选择器74153来实现每个D触发器的输入函数。4.3.2主要元器件介绍1.D触发器D触发器的功能表：表3.3 D触发器功能表D QD QN+101根据功能表可知该触发器的次态总是与输入端D保持一致，可被应用于数据存储。2.7415374153是双四选一的数据选择器，即一个芯片中包含了2个四选一电路，功能表为： 输入 输出 ST A1 Ao Y H * * L L L L D0 L L H D1 L H L D2 L H H D3 表3.4 74152功能表 4.3.3电路组成4.4 译码器译码器器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的四种工作状态翻

24、译成东西道、南北道上6 个信号灯的工作状态。在正常情况下控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如下表所示：状态Q1 Q0 Y0 Y1 Y2 Y3 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 通过译码器传出的信号，再通过有或门和非门组成的电路，将最终信号传送到发光二极管。5 工作过程分析交通灯控制器的工作过程分析如下：1.第一个工作状态：由上控制器输出状态Q1=0，Q0=0，根据控制器状态编码与信号灯关系表可知，主干道绿灯亮，支干道绿灯亮。根据电路图，数据选择器74153的共用地址输入端A1、A0与输出状态Q1、Q0相同A1=Q1=0，A0

25、=Q0=0，当计数器未记到30时，计数器没有输出；当计数器计到30时，输出时间间隔Tl即Tl=1，Tl和经过反相器的Tl同时送到数据选择器中，跟据第二片数据选择器A1、A0的状态可以判断出输出信号Y=D0即输出Tl，该信号又被送入第二片D触发器中，输出Q0=Tl即Q0=1，Q1持续上一状态 Q1=0。与此同时，根据第三片数据选择器可知，输出状态转换信号St，这样计数器清零，开始进入下一工作状态。2.第二个工作状态：主干道黄灯亮，支干道红灯亮，有表4即控制器状态编码与信号灯关系表可知，控制器输出状态Q1=0,Q0=1。根据电路图，数据选择器74153的共用地址输入端A1、A0与输出状态Q0、Q1

26、相同，即A1=Q0=1，A0=Q1=0。当计数器未记到5时，计数器没有输出；当计数器计到5时，输出时间间隔TY即TY=1，TY和经过反相器的TY 同时送到数据选择器中，跟据第一片数据选择器A1、A0的状态可以判断出输出信号Y=D2即输出TY，该信号又被送入第一片D触发器中，输出Q1=TY即Q1=0，Q0持续上一状态 Q0=0。与此同时，根据第三片数据选择器可知，输出状态转换信号SR，这样计数器清零，开始进入下一工作状态。3.第三个工作状态：由上控制器输出状态Q1=1，Q0=1，根据控制器状态编码与信号灯关系表可知，主干道红灯亮，支干道黄灯亮。根据电路图，数据选择器74153的共用地址输入端A1

27、、A0与输出状态Q0、Q1相同A1=Q0=0，A0=Q1=1，当计数器未记到20时，计数器没有输出；当计数器计到20时，输出时间间隔TY即TY=1，TY和经过反相器的TY同时送到数据选择器中，跟据第一片数据选择器A1、A0的状态可以判断出输出信号Y=D1即输出TY，该信号又被送入第一片D触发器中，输出Q1=TY即Q1=1，Q0持续上一状态 Q0=1。与此同时，根据第三片数据选择器可知，输出状态转换信号SR，这样计数器清零，开始进入下一工作状态。4.第四工作状态：由上控制器输出状态Q1=1，Q0=0，根据控制器状态编码与信号灯关系表可知，主干道红灯亮，支干道绿灯亮。根据电路图，数据选择器7415

28、3的共用地址输入端A1、A0与输出状态Q1、Q0相同A1=Q1=1，A0=Q0=1，当计数器未记到5时，计数器没有输出；当计数器计到5时，输出时间间隔TG即TG=1，TG和经过反相器的TG同时送到数据选择器中，跟据第二片数据选择器A1、A0的状态可以判断出输出信号Y=D3即输出TG，该信号又被送入第二片D触发器中，输出Q0=TG即QO=0，Q1持续上一状态 Q1=1。与此同时，根据第三片数据选择器可知，输出状态转换信号SR，这样计数器清零，开始进入下一工作状态。6 元器件清单序号元件名称规格及用途数量1 定时器5551片2 计数器74163 3片3 计数器741605片4 译码器741391片

29、5 非门304920个6 或门30683片7 六输入与门74LS303片8 电阻1k2个9 电阻5106个10 电容470 uF1个11 发光二极管BS201 6个7 主要元器件介绍7.1 555555定时器是一种将模拟电路和数字电路混合在一起的集成电路，本次设计中选用的555是一种应用特别广泛、作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。该电路是由三个5千欧的电阻组成分压器、两个高精度电压比拟器、一个根本R-S触发器、反相缓冲器及放电管组成，它结构简单，使用灵活方便，因此应用很广泛。假设选集成计数器

30、74160，74160是一个具有同步清零、同步置数、可保持状态不变的4位二进制加法计数器。74163 为中规模集成计数器芯片，是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。当清零端 CLR=1 ，置入 CLOD，计数允许端 P=T=1 时工作在计数状态，管脚 15 输入进位脉冲。 该芯片也可以实现可编程计数器，即它的每一个输出可被预置为任一电平，当置入端 CLOD=0 时，在下一个时钟脉冲到来后，输出端的数据便和输入数据一致。这种计数器的清零是同步清零，即清零端 CLR=0 时在一个时钟脉冲到来后才能清零。7.2 741637.3 74160小 结为期五天的数字电子课程设计已经结束，

31、可以这样说在这次数字电子技术课程设计中我的收获非常的丰富。 通过上半学期对数字电子技术这一门课程的学习，我学会了许多关于数字电子技术的知识，当然这些均是理论知识。而这些理论知识在这次的课程设计中起到了关键性作用，这些知识为本次数字电子技术课程设计的进行做好了充分的理论准备。在课程设计的第一天，老师向我们认真的讲解了本次数字电子技术课程设计的思路，这为今后的课程设计做好了铺垫。本次课程设计采用分组进行的方式，但我们只是做同一个课题，老师要求我们每一个人都要亲自设计完成一个电路。刚开始时还有些不理解这是为什么，但当我开始正式进行课程设计时我就明白这其中的意义了。几个人一组让我们有了互相学习讨论的伙伴，而自己设计自己的电路又提高了我们自己的独立思考与动手的能力。在今后的课程设计中，我们每个人都认真的研究自己的课题，遇到不会的问题我们先在小组中讨论，小组成员间认真积极的学习态度，深深感染了我，使我深刻的体会到了团队的力量，也被这种氛围深深的感染，更加积极投身于工作之中。然而人多并不代表一定能成功，我们还是遇到了一些我们无法解决的问题，每到此时我们都会去请教老师，而老师对于我