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1、 PAGE PAGE 3前言（或丁字路口有着广泛的应用（R）亮表示该道路禁止通过；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通过。交通灯控制器即交通信号定时控制系统就是用来自动控制十字路口三组红、黄、绿三色交通信号灯，指挥各种车辆和行人安全通信，以实现十字路口交通管理的自动化。本设计应用基本数字电路知识，采用 LED 灯作红、绿、黄三交通灯，用数码管作同步倒计时显示，实现两方向通行时间相等的控制并配有倒计时。目录 HYPERLINK l _TOC_250021 第一章系统概要3 HYPERLINK l _TOC_250020 设计思路3 HYPERLINK l _TOC_250019 原理和总

2、体设计方案4 HYPERLINK l _TOC_250018 原理4 HYPERLINK l _TOC_250017 总体设计方案构思4 HYPERLINK l _TOC_250016 功能的划分及组成4 HYPERLINK l _TOC_250015 第二.总的设计方案5 HYPERLINK l _TOC_250014 设计任务及主要技术指标和要求5 HYPERLINK l _TOC_250013 工作流程：5 HYPERLINK l _TOC_250012 工作流程图6 HYPERLINK l _TOC_250011 方案设计6 HYPERLINK l _TOC_250010 方案构思6

3、HYPERLINK l _TOC_250009 方案的可行性论证6 HYPERLINK l _TOC_250008 第三章单元电路设计7 HYPERLINK l _TOC_250007 秒信号产生电路7 HYPERLINK l _TOC_250006 主控电路（交通灯信号状态控制器设计）8 HYPERLINK l _TOC_250005 状态指令和编码8 HYPERLINK l _TOC_250004 求交通灯控制函数及电路9 HYPERLINK l _TOC_250003 定时译码显示系统的设计11 HYPERLINK l _TOC_250002 定时电路11 HYPERLINK l _TO

4、C_250001 计数译码显示电路12 HYPERLINK l _TOC_250000 第四章 元器件选择及介绍13第五.电路调试设计总结17附录 1：完整的设计电路图附录 2：元器件清单参考文献交通信号灯控制器设计摘要：分析交通信号灯控制系统应用要求及设计原理，设计出能够满足实际应用要求的交为基础来实现设计交通控制信号灯。关键词：控制、计数、译码、显示、时钟信号。设计要求45255 秒的黄灯亮作为过渡；分别用红、黄、绿色发光二极管表示信号灯；设计计时显示电路。第一章.系统概要设计思路455系统要求定时显示电路的输入信号为秒脉冲信号路。主控电路是整个电路的核心，它的输入信号来自45 秒，25

5、秒，5应的定时电路，使其顺时显示相应时间。原理和总体设计方案原理如图 1确保车辆的安全,迅速通行,在交叉路口要求主车道和支车道两条交叉道的每个入口设置了 图 1 主支道汇成的十字路口示意图45 25 5 秒黄灯亮作为过渡。总体设计方案构思如图 2功能的划分及组成秒信号产生电路交通灯信号状态控制器设计定时译码显示系统的设计4 PAGE PAGE 12第二章总的设计方案设计任务及主要技术指标和要求如图 11 .用红,绿,黄,三色发光二极管作信号灯,主道红,绿,黄三个信号灯,支道红,绿黄三个信号灯。2.主干道和支道交替允许通行，主干道每次放行45秒，支道每次放行25秒。设计45秒和 25 秒计时显示

6、器电路。35本数字电路知识，采用LED 灯作红、绿、黄三交通灯，4.在丁字路口，每条道路各有一组红、黄、绿灯；用来指挥车辆和行人有序通行。其中红灯）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯）亮表示停车；绿灯）亮表示允许通行。工作流程：主道方向绿灯亮，支道方向红灯亮；主道方向黄灯亮，支道方向红灯亮；主道方向黄灯亮，支道方向红灯亮；主道方向红灯亮，支道方向黄灯亮。如此往复循环。工作流程图红、绿、黄红、绿、黄红、绿、黄红、绿、黄主控电路译码驱动电路45 25 5 秒定时、显示时基电路图2交通信号灯控制器流程图方案设计方案构思用简单的计数译码芯片实现交通灯控制系统的原理框图如图2 所示。它主要由秒脉冲信号产生电

7、路、定时计电路、计时显示电路、主控电路、译码驱动电路等组成。秒脉冲发生器是该系统中定时 器的标准时钟信号源， 555 多谐振荡产生频率为 1Hz 的秒信号，向计时显示电路提供信号，使计时电路按要求做减法计数。计时译码显示电路用芯片74LS190 来完成。主控电路是系统的主要部分，也为核心部分，用最简单的JK 触发器来实现，从而来控制主，支干道的红、绿、黄灯以及计时电路，从而达到交通控制系统的自动化。方案的可行性论证此方案采用的是数字电子技术中所学的基本原理与芯片，原理比较简单，便于连线，便 此电路能较方便地实现对控制时间的倒计时。第三章单元电路设计秒信号产生电路5552/3使其产生需要的方波作

8、为触发器的CPVCC5VR32k50%Key=AR147kR247k47625C281U1OUT 3LM555CNC110F10nF图3.1秒信号产生电路根据占空比表达式可知：121q=(R+R)/(R+2R121得到，又由振荡周期表达式可知：1T=(R+2R)C1若。虼肷鲜娇傻：13RC2=11所以1R =R1选用两只 47与一只 2电位器串联就得到如图 3.1 示的电路主控电路（交通灯信号状态控制器设计）交通灯信号状态控制器用来记忆十字路口的工作状态对秒脉冲值减计数，达到控制每一种工作状态（灯亮、灭）脉冲使状态控制器完成状态完成状态间的状态转换状态指令和编码1交通灯态序分析：45线的

9、车辆继续通行，支干道禁止通行。黄灯亮时规定时间间隔5 秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。25根据上述的分析，可以得到十字路口交通灯顺序工作如表1 和图 S0S1、S2、S3 43.2（b）所示。显然，这是一个四进制计数器。可采用双JK 触发器 74LS11274LS112（II）CPCP3.3表 3.1车道运行状态表态序主干道支道时间/秒S0绿灯亮通车红灯亮停45S1黄灯亮：斓屏镣5S4红灯亮停绿灯亮 通车25S5红灯亮停黄灯亮停5（45 （45 分）S0（5 秒）S1（25 秒）S2（5 秒）S3图3.2（a）交通灯顺序工作过程S=000S=011S=000S=011S2=1

10、0S3=11图3.2（b）交通灯工作状态编码装换图求交通灯控制函数及电路主支干道上的绿、黄、红交通灯的亮、灭状态取决于状态控制变量，它们之间的关系见表 3.2，其中交通灯亮用“1”表示，灭用“0”表示状态变量主干道交通灯状态变量主干道交通灯支干道交通灯Q2Q1R(红)Y（黄）G（绿）r（红）Y（黄）G（绿）00001100010101001010000111100010根据真值表，可求出各交通灯的控制函数表达式为： 主干道：2 12 12R=Q Q +QQ2 12 12Y=QQY=QQ2 12 212G=Q QG= Q Q2 12 212支干道：21212r=Q Q +Q Q=Qr=Q2121

11、22 12 2 12 y=Q2 12 2 12 g=QQg=QQ选择半导体发光二极管LED-red、LED-greenLED-yellow 来模拟交通信号灯，利用门电路输出低电平工作在灌电流状态时的带负载能力较强的特点来点亮相应的发光二极管3.31k1kVDD1k1kVDD10VLED5LED3LED1LED6LED4LED2U3A 74LS00NU4B 74LS00NU5C 74LS00NU3B 74LS00NU6D 74LS00NU3C 74LS00NVCC5V56U1A56U2B114PC 14KPC 1LK11L1111VCC3 1 274LS112N3 1 274LS112N5V来接

12、低位的进位图 3.3 交通灯状态控制器定时译码显示系统的设计定时电路（由时钟脉冲产生器提供452553 钟不同的持续定时时间74LS19023片8路双向三态门74LS245574LS245分别提供74LS190置4525574LS245（1）45 秒定时：45 秒定时是由主干道绿灯信号G44，即0100；低44，即0100474LS190(I)的输3.474LS190（I）4474LS190（II）的输入使异LD0产生借位信号又从9074LS32 向主控电路发出信号，从而改变其状态，此时主控电路再通过译码改变亮灯信号， 主控电路同时反馈信号给定时电路，至使其进入下一计数状态。（2）25 秒定时

13、：2545g45（3）5 秒定时：从表 3.2 的交通灯信号真值表中可以看出，S1(Q2Q1=01)和 S3(Q2Q1=11)两状态是黄灯亮5 秒，因此用Q1 信号去控制接 5 秒置数值的 74LS245（III）的选通端。其工作原理如同45 秒定时。LED数码管LED数码管332671111U8A 74LS00NQQQQCMU43267QQQQCIU5EADMKX74LS190NAEADMKX74LS190NAABCD11194 15VCCC15VABCD11194 15C1J1Key = SpaceVC11111111BBBBBBBB5V1111111111111111U1 74LS245

14、N12345678BBBBBBBBU2 74LS245N12345678BBBBBBBBU3 74LS245NVCCAAAAAAAA D23456789 111AAAAAAA23456789D1 1R12AAAAAA23456789D1 1R5VGg计数译码显示电路图3.4定时电路原理图根据设计要求计时主支干道都要实现45255 是一个用于驱动共阳极数码管8421BCD显示译码器。（发光二极管显示器是数字电路中比较方便使用的显示器3.5 所示。图3.5半导体显示电路CAU9A B C D E F GVCC5VCAA B C D E F GU10VCC5V1234567911OOOOOOOOOU

15、6 74LS42N1234567911OOOOOOOOOU7 74LS42NA B C 1 1 1 1ABC1111U8A 74LS00N3267QQQ11CND ME A D U474LS190NVCC3267QQQ11CND ME A D U5 74LS190N11111111BBBBBBBABC1119U14 154111111111 2 3 4 5 6 7 8ABC11194 15C1111111111234567J1Key = V15kHz 10 VVCC5VVCC5VAAAAAAA23456789D 1174LS245NBBBBBBBAAAAAAA23456789RID1IU2 7

16、4LS245NBBBBBBBAAAAAAA23456789RID1IU3 74LS245N图3.5定时译码显示系统电路图第四章 元器件选择及介绍本系统所涉及到的电子元器件主要是集成芯片，在一定程度上是考虑到容易得到的为首13选。其中只有少数元器件选择需要特别注意，否则无法实现功能。在 555 产生秒脉冲信号的电路中，需要先用三个电阻和两个电容，参考5554720.01uF10uF主控制电路中的JK74LS1124.1LPR、LCLRLCLRLCLK514 161 U1A174LS112N3 1 2图 4.1 JK 触发器74LS2454.2关为高阻态，此时也叫禁止态；当G=0DIR=0B 为输

17、入端A端，即BA；当DIR=1A 为输入端B。111111111BBBBBBBBAAAAAAAA23456789D11IG图4.274LS245的功能示意图4.374LS190U/DLOAD 为异步置数端，其功能表如图（b）所示。14326731AQCQNOMD U1 74LS190NABCD C510415 1图4.3（a）74LS190的功能示意图图 4.3(b)74LS00 芯片的引脚图如下 4.4 图所示，一片芯片是由四个组合逻辑与非门组成。图4.474LS00的引脚图74LS32 芯片的的引脚图如图 4.5 所示，一片芯片是由四个组合逻辑或门组成。15图4.574LS32的引脚图74

18、LS42 芯片的的引脚图及功能图4.674LS42的引脚图表4.174LS42真值表16四选一选择器，图 4.7表 4.2 四选一数据选择器功能表第五章 电路调试与设计总结本设计的巧妙之处就在于能够分级用Multisim 设计模拟电路来仿真调试。5551Hz174LS1123.5CPQQ次转换正确。第三步，用 74LS00 连接好组合电路，并接入二极管，调试观察发光二极管的灯灭符合表3.2 所示的真值关系。17 PAGE PAGE 22第四步，按图 3.5 连接定时译码显示系统，74LS245 的选通信号可用双刀开关设置低电平信号调试到LED 显示正确为止。（依次按 45 秒、25 秒、5 秒

19、件技术显示）最后，如果各基本门电路组成的分析电路能达到预期的目的，每一个小环节都能正常工作我们就可以将已调试正确的各分电路的对应信号都连接接起来交通灯控制系统的原理框图如图2 所示。它主要由秒脉冲信号产生电路、定时计电路、计时显示电路、主控电路、译码驱动电路等组成。秒脉冲发生器是该系统中定时 器的标准时钟信号源， 555 多谐振荡产生频率为 1Hz 的秒信号，向计时显示电路提供信号，使计时电路按要求做减法计数。计时译码显示电路用芯片74LS190 来完成。主控电路是系统的主要部分，也为核心部分，用最简单的JK 触发器来实现，从而来控制主，支干道的红、绿、黄灯以及计时电路，从而达到交通控制系统的

20、自动化。鸣谢特别感谢老师和老师的指导，以及同学们的帮助，还有同组人员的支持与鼓励。附录 1：完整的设计电路图VCCVCCVCCU9U105V5V12345679011112345679011 10123456789OOOOOOOOOOU6 74LS42N0123456789OOOOOOOOOOU7 74LS42NABCD1111ABCD1111VCC5V32673 21 132673211U8A 74LS00NABCDQQQQONCMR/4 151U474LS190NVCC5VABCDQQQQO NCMXR /U5 74LS190NN DA XE ADMN DAMT O/KE ADKABCDC

21、 LUL CT O/ABCDC LUL CJ1R3R147kU15 01119145 0141 1 1 9 4 1 5 18VCCVCC 50%Key =Space2kKey=A5VR247k476251111111187654321RST OUT DISTHR TRI CONGND11111111876543211111111112345678BBBBBBBBU1 74LS245N1LM555CN12345678BBBBBBBBU2 74LS245N12345678BBBBBBBBU3 74LS245NC2 10nF12345678AAAAAAAAR GI DC1 VCC12345678AA

22、AAAAAAD1234567AAAAAAAA D234567891 19234567891 1923456789 1195VR11kR21kLED5LED3VDD 10VLED1LED6LED4LED2U3AU4B74LS00N 74LS00NU5C 74LS00NU3B 74LS00NU6DU3C74LS00N 74LS00N四选一VCC5VU1AU2B74LS112NVCC74LS112N5V图I总电路图附录 2：元器件明细表序号名称规格数量1电解电容10uF1 个2电容0.01uF1 个3LM55CN/1 个4电阻472 个5滑动电阻21 个6JK 触发器/2 个774LS245N/3

23、片874LS190N/2 片974LS00N/7（2）1074LS42N/1 片11七彩数码管/2 个12四选一选择器/1 个13双刀开关共阳极1 个参考文献林涛数字电子技术清华大学出kok电子竞技社2009聂典Multism计算机仿真在电子电路设计中的应用电子工业出kok电子竞技社2007李世雄丁康源数字集成电子技术教程高等教育出kok电子竞技社周惠潮常用电子元件及典型应用电子工业出kok电子竞技社张庆双等电子元器件的选用与检测北京机械工业出kok电子竞技社2003杨邦文实用信号产生电路200例M北京电子工业出kok电子竞技1998赵保经中国集成电路大全TTL 集成电路分册： 集成电路分册kok电子竞技社1985心得体会开始拿到题目的时候，还不知道怎么做，因为自己对这门课的一般设计还未入门，对很多芯片的功能都不是很清楚，还有multisim 仿真软件，很多功能都不是很清楚。通过这次这次课程设计之后，使我明白了做任何事情都要认真仔细，不然的话，会花更多的时间 去完成或是因为快到了截止时间了一紧张也就保证不质量的问题了50%的时间，因为前期看似慢，实际上恰恰给后一个良好的设计思本次设计课题是一个以小组为单位的设计任务，我们小组成员密切配合，努力工作，不 评语评审人：