设计课题：交通控制灯

专业班级：电子信息工程

学生姓名：***

学号：***

指导老师：***

设计时间：2011年1月10日—2011年1月23日

4.4灯控电路··················································9

十、结论与心得················································15

    十一、参考文献················································15

交通控制灯

一、交通控制灯的设计任务与要求

1．东西方向为主干道，南北方向为副干道；

2．主干道通行40秒后，若副干道无车，仍主干道通行，否则转换；

4．换向时要有4秒的黄灯期；

5．南北通行时间为20秒，到时间则转换，若未到时，但是南北方向已经无车，也要转换。

6．附加：用数码管显示计时。

二、交通控制灯设计方案设计与论证

整个交通控制灯电路可以用主控电路控制交通灯电路的亮灯顺序，用计数器控制亮灯时间并给译码器输入信号以便数码管显示时间、用555定时器做成多谐振荡器产生时基脉冲信号以供计数器计数。框图如下：

十字路口车辆运行情况只有4种可能（在副干道有车时）：1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为40s。2）40s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为4s。3）4s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20s。4）20s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为4s。4s后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制电路也有4种状态，设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。即：

主干道绿灯亮，副干道红灯亮计数器由0到40递增计数（S0），

主干道黄灯亮，支干道红灯亮计数器由0到5递增计数(S1)

状态转换图如下： 

这四个状态可以用用一个4进制的异步清零计数器进行控制并作为主控部分，控制亮灯的顺序。再用两片计数器控制亮灯时间，分别计数4、20、40。在计数器的选择上是多样的，既可以是递增的加法器也可以是递减的减法器。至于副干道有无车可以通过传感器给一个单脉冲信号，另外通过门电路实现灯和数码管的转换功能。从而，最终实现交通控制灯电路。

三、主控电路

主控电路是由一块74160接成的4进制计数器，即当Q2为1时用异步清零法立刻将计数器清为零，同时，主控电路的计数器的计数CLOCK来另外两片计数器产生的清零信号，在主控电路控制讲亮灯顺序和亮灯时间结合的同时主控电路的状态的计数也受亮灯时间的，只有当一种的状态的亮灯时间过后，在产生是计时的计数器清零的同时也使主控电路的计数跳为下一个数，即为下一个状态。如此循环变可实现四个状态的轮流转换。

四、计数器

4.1计数器的作用

计数器的作用有二：一是根据主干道和副干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行40s、20s、4s 3种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。

4.2计数器的工作情况

计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态S0时开始60s计数；40s后如果副干道有车则产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始4s计数，4s后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始20s计数；如果副干道一直有车则20s后也产生归零脉冲，如果没有车，则在传感器给传来无车信号时便跳过剩下的计数，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S3，计数器又开始4s计数；4s后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。若在S０状态的４０S过后，副干道没有车，则继续保持主干道路灯亮，副干道红灯亮。

根据以上分析，设40s、20s、4s计数的清零信号分别为A、B、C，副干道有车为Z，则计数器的归零信号L为：

A==

电路图为：

4.3控制信号灯的译码电路的真值表

主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。设灯亮为1，灯灭为0，则交通控制灯的译码电路的真值表。

表交通控制灯的译码电路的真值表

 由真值表得灯控函数逻辑表达式

4.4灯控电路

根据灯控函数逻辑表达式,可画出由与门和非门组成的状态译码器电路,如图所示。将状态控制器，与模拟三色信号灯相连接，构成三色信号灯逻辑控制电路，如图所示。

五、译码显示电路

这里使用的是共阴数码管，在译码器和数码管之间接排阻是为了限流，两块74160使用串型连接法接成60进制。两片计数器的8个输出端作为两片译码器的输入端，用数码管显示计数器的计数。

六、时基脉冲电路

由于    =1

所以若取C=10uF,则可得两个电阻的阻值。

七、交通控制灯总原理图及元件清单

总原理图为：

元件清单为：

八、组装和调试

在Qｕａｒｔｅｓ　ＩＩ中波形仿真成功，根据设计原理图选择了试验箱的第七个模版，连号管脚再进行一次编译后便下载到试验箱中验证设计功能的实现。

九、性能测试与分析

将编译好的网络文件下载到试验箱中，选好模块后开始测试，发现数码管显示的数字很凌乱，并没有按预置的数字显示，再次核对管脚后发现是计数器在和译码器相连时的高低位弄颠倒了，再次更改管脚编译后下载重新生成的网络文件于试验箱，后发现数码管和亮灯顺序与设计相符合，但是计数过快，调整好计数频率的大小后，所得到的结果和设计要求相符合。

十、结论与心得

交通控制灯的要求大致上全部实现。通过这次数电课程设计，加深了我对课本知识的理解，同时也扩展了课外知识，会简单的使用ｐｒｏｔｕｅｓ和ｑｕａｒｔｅｓ软件，知道了实验箱的强大功能，对制作电路板的步骤和过程有了更为深刻的了解，能通过看懂芯片的功能表设计自己所要的功能，能记住一般常见芯片的功能和管脚。在这次设计中我明白了分析设计要求构思总体框架的重要，一个系统是由多个小模块电路组成的，要学会划复杂为简单，即将整个电路划分为各个小功能电路，然后一个模块一个模块的设计，最后合理组合便构成了整个电路。尝试了这次设计的经历，我对电子这个专业的兴趣有了一点增加，体会到了设计的奇妙和乐趣。相信通过后面的学习，我们的在设计方面的综合能力会日益提高。

十一、参考文献

《数字电子技术基础》（第五版）（阎石）

《家庭电子》2005年02期 - 期刊

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