1、長 沙 學(xué) 院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書題目交通燈控制電路設(shè)計(jì)系(部)電子信息與電氣工程系專業(yè)(班級)電氣工程及其自動(dòng)化姓名龍欣學(xué)號B20140401214指導(dǎo)教師張海濤起止日期電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(27)系（部）：電子信息與電氣工程系 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師：張海濤課題名稱交通燈控制電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉路口， 為確保車輛安全、 迅速地通行，在交叉路口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、 綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間?？吭诮芯€外。實(shí)現(xiàn)紅、綠燈的自動(dòng)指揮對城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。設(shè)計(jì)要求：1.

2、掌握交通燈控制電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。 2.熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法，能夠運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)一定規(guī)模的電路。 設(shè)計(jì)任務(wù)：1.用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈。 2.當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。 3.主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s、支干道20s。設(shè)計(jì) 30s 和 20s 計(jì)時(shí)顯示電路。 4.在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過程中間，要亮5s 的黃燈作為過渡，以使行駛中的車輛有時(shí)間停到禁止線以外，設(shè)置5s 計(jì)時(shí)顯示電路。 設(shè)計(jì)工作量1、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)；2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真；3、在Multisim或同類型電路設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行仿真并進(jìn)行演

3、示；4、提交一份完整的課程設(shè)計(jì)說明書，包括設(shè)計(jì)原理、仿真分析、調(diào)試過程，參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)總結(jié)等。進(jìn)度安排起止日期（或時(shí)間量）設(shè)計(jì)內(nèi)容（或預(yù)期目標(biāo)）備注第一天課題介紹，答疑，收集材料第二天設(shè)計(jì)方案論證第三天進(jìn)行具體設(shè)計(jì)第四天進(jìn)行具體設(shè)計(jì)第五天編寫設(shè)計(jì)說明書指導(dǎo)老師意見年 月 日教研室意見年 月 日長沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名龍欣學(xué)號B20140401214專業(yè)電氣班級2設(shè)計(jì)題目交通燈控制電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師張海濤指導(dǎo)教師意見：評定成績： 教師簽名： 日期： 答辯小組意見：評定成績：答辯小組長簽名：日期：教研室意見：最終評定等級：教研室主任簽名：日期：說明課程設(shè)計(jì)成績分“優(yōu)秀”、“良好”、“中等”、“及格

4、”、“不及格”五等。目錄1.設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求41.1設(shè)計(jì)目的41.2設(shè)計(jì)內(nèi)容41.3設(shè)計(jì)要求52. 設(shè)計(jì)方案52.1設(shè)計(jì)原理52.2設(shè)計(jì)方案62.3基本元器件的選擇選擇和電路組成62.3.1基本元器件的選擇62.3.2電路組成8113.Multisim軟件運(yùn)行仿真113.1運(yùn)行仿真結(jié)果113.2干道通行狀態(tài)表113.3運(yùn)行結(jié)果分析12參考文獻(xiàn)131. 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求1.1設(shè)計(jì)目的 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，私家車擁有量增加，城市交通壓力增大，擁堵日趨嚴(yán)重，設(shè)計(jì)交通燈控制電路以緩解交通阻力。交通燈在交通環(huán)境中扮演著角色，指揮著十字路口的車輛和行人井然有序的安全通過，緩解擁堵，減少交通事故的發(fā)生。本文運(yùn)用數(shù)字

5、電路技術(shù)知識自行設(shè)計(jì)一個(gè)小型數(shù)字系統(tǒng)。通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)、Multisim軟件仿真、電路調(diào)試，掌握小型系統(tǒng)的組裝和調(diào)試技術(shù)，掌握查閱有關(guān)資料的技能。基本任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制電路小型模擬電子系統(tǒng)。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉路口， 為確保車輛安全、 迅速地通行，在交叉路口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、 綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間?？吭诮芯€外。實(shí)現(xiàn)紅、綠燈的自動(dòng)指揮對城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。1.3設(shè)計(jì)要求1.掌握交通燈控制電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。 2.熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法，能夠運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)一定

6、規(guī)模的電路。 設(shè)計(jì)任務(wù)：1.用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈。 2.當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。 3.主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s、支干道20s。設(shè)計(jì) 30s 和 20s 計(jì)時(shí)顯示電路。 4.在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過程中間，要亮5s 的黃燈作為過渡，以使行駛中的車輛有時(shí)間停到禁止線以外，設(shè)置5s 計(jì)時(shí)顯示電路。 2. 設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)原理【2】根據(jù)設(shè)計(jì)要求，允許通行時(shí)亮綠燈，主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s、支干道20s。在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過程中間，要亮5s 的黃燈作為過渡。即：主干道綠燈亮30秒后

7、，黃燈亮5秒，在這35秒內(nèi)，支干道的紅燈一直亮著，之后支干道綠燈亮20秒后，黃燈亮5秒，在這25秒內(nèi)，主干道的紅燈一直亮著，并依次循環(huán)(如圖2.1)圖2.12.2設(shè)計(jì)方案交通燈控制電路設(shè)計(jì)主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是此系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。圖2.2 TL: 表示主干道或支干道綠燈亮的時(shí)間間隔，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=0。     

8、0;TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0。      ST：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。 由它控制定時(shí)器開始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。2.3基本元器件的選擇選擇和電路組成2.3.1基本元器件的選擇（1）信號源 1個(gè)（時(shí)鐘脈沖源） 每隔1秒進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，T=1/f 選擇頻率為1Hz的脈沖源。 如圖 圖（2） 芯片：（74LS190）×2片， （74LS163）×1片， （74LS138）×1片， 如圖圖2.3.2 74LS190芯片引腳圖圖 74LS163

9、芯片引腳圖圖 74LS138 芯片引腳圖（3） 邏輯門：74LS02D 或非門×2個(gè)，74LS08D與門 ×7個(gè)， 74LS32D 或門×2個(gè)，74LS04D非門×5個(gè)， 74LS20D 四輸入與非門×1個(gè)；（4） 倒計(jì)時(shí)顯示器：四引腳共陰極數(shù)碼管×2個(gè) 如圖圖 四引腳共陰極數(shù)碼（5） 交通燈TRAFFIC_LIGHT_SINGLE ×2個(gè) 如圖圖 交通燈TRAFFIC_LIGHT_SINGLE2.3.2電路組成1.控制器由74LS163芯片以及其他的邏輯門構(gòu)成。74LS163芯片與74LS190芯片連接采集脈沖信號，進(jìn)行加

10、計(jì)數(shù)，并輸出邏輯電平信號，控制3-8譯碼器，從而控制紅綠燈的亮滅。74lLS163工作原理：74lLS163是單時(shí)鐘同步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，有置零和置數(shù)功能，時(shí)鐘作用在上升沿。因?yàn)槭峭接?jì)數(shù)器，當(dāng)譯出置數(shù)信號時(shí)必須等到時(shí)鐘信號上升沿到來時(shí)才能置數(shù)，但上升沿到來時(shí)計(jì)數(shù)器又向高一位計(jì)數(shù)了。假設(shè)用74LS163芯片構(gòu)成一個(gè)八進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ，在01117時(shí)譯出置數(shù)信號與進(jìn)位信號C，將置數(shù)信號輸出端接至置數(shù)端，當(dāng)上升沿到來時(shí)計(jì)數(shù)器本身被置8，但只有極短的存在時(shí)間，計(jì)數(shù)器馬上被置數(shù)，進(jìn)位信號變?yōu)?，只要將置數(shù)輸入端D1到D4全部接地，就能將計(jì)數(shù)器置為0000。圖 74LS163芯片真值表圖 74LS163芯片功

11、能表2.定時(shí)器由2片74LS190芯片級聯(lián)及一個(gè)四輸入與非門構(gòu)成。74LS190工作原理： 可逆計(jì)數(shù)器74LS190，可以實(shí)現(xiàn)加法或減法的計(jì)數(shù)，通過設(shè)定加/減控制信號U/D=1可進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，由于芯片本身就帶有異步的置數(shù)端LOAD且為低電平有效，當(dāng)置入控制端為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP 的狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（D0D3）相一致的狀態(tài)。 74LS190 的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP 加在4 個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)計(jì)數(shù)控制端（CT ）為低電平時(shí)，在CP 上升沿作用下Q0Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制（U /D）為低電平時(shí)進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)方式控

12、制（U /D）為高電平時(shí)進(jìn)行減計(jì)數(shù)。只有在CP 為高電平時(shí)CT 和U /D 才可以跳變。 由于25秒的倒計(jì)時(shí)需要用兩片的74LS190芯片才能實(shí)現(xiàn)，利用 RC 端，可級聯(lián)成三十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器。當(dāng)采用并行CP控制時(shí)，則將RC 接到后一級CT ；當(dāng)采用并行CT 控制時(shí)，則將RC 接到后一級CP。個(gè)位芯片的串行時(shí)鐘輸出端CO是低電平有效的，當(dāng)狀態(tài)為0時(shí)，輸出為CO=0，下一個(gè)狀態(tài)變?yōu)?時(shí)，輸出為CO=1，所以有一個(gè)上升沿的產(chǎn)生，這正可以作為十位芯片的時(shí)鐘信號，從而采用串行借位方式來實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。圖 74LS190功能表3.譯碼器74LS138譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出的4種工作狀態(tài)，翻譯成2個(gè)干

13、道上的6個(gè)信號燈的工作狀態(tài)。3-8譯碼器工作原理：譯碼器可以將輸入代碼的狀態(tài)，翻譯成相應(yīng)的輸出信號，以高低電平的形式在各自的輸出端口送出。譯碼器有多個(gè)輸入端和多個(gè)輸出端，假如輸入端的個(gè)數(shù)為n，輸出端的個(gè)數(shù)最多有2n。從圖5可以看出，3-8譯碼器有三個(gè)輸入端A0、A1、A2和八個(gè)輸出端Y0Y7，當(dāng)輸入端的編碼為000時(shí)，譯碼器輸出為Y0=0，Y1Y7=1。即Y0對應(yīng)于A0、A1、A2的000狀態(tài)低電平有效。圖中S1、S2、S3為使能控制端，起到控制譯碼器是否能進(jìn)行編碼的作用，只有S1為高電平，S1、S3為低電平時(shí)，才能進(jìn)行譯碼，否則不論輸入何值，每個(gè)輸出均為1。圖 74LS138芯片功能表4顯示

14、器由兩個(gè)共陰極四引腳的數(shù)碼管組成?！?】圖3.Multisim軟件運(yùn)行仿真3.1運(yùn)行仿真結(jié)果【4】圖3.2干道通行狀態(tài)表下面用主、支干道車輛通行情況進(jìn)行描述：（1）主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上的車輛允許通行，支干道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔30時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （2）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，支干道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔5時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （3）主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔20時(shí)，控制器

15、發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （4）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔5時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。（5）系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)，依次循環(huán)。 輸入輸出CP脈沖74LS1633-8譯碼器信號燈狀態(tài)車輛通行狀態(tài)000Y0=0主綠、支紅主干道通行，支干道禁止通行001Y1=0主黃、支紅主干道緩行，支干道禁止通行010Y2=0主紅、支綠主干道禁止通行，支干道通行011Y3=0主紅，支黃主干道禁止通行，支干道緩行3.3運(yùn)行結(jié)果分析如圖所示：74LS163芯片通過四輸

16、入與非門與74LS190芯片連接采集脈沖信號，進(jìn)行加計(jì)數(shù)，并輸出邏輯電平信號，由3-8譯碼器Y0、Y1、Y2、Y3端輸出，經(jīng)過非門,并和CP脈沖一起連接到其他邏輯門從而控制綠、黃、紅燈。因?yàn)?4LS163芯片置數(shù)端LD與3-8譯碼器的Y3輸出端相連，所以74LS163計(jì)數(shù)輸出000、001、010、011四個(gè)狀態(tài)后便重新置零，循環(huán)輸出，以控制紅綠燈的循環(huán)亮滅。結(jié)果分析：a.74LS163芯片輸出邏輯電平信號000， 3-8譯碼器輸出端Y0=0，其他輸出端為“1”。Y0輸出信號經(jīng)過非門后變?yōu)椤?”，之后和上升沿脈沖“1”連接到一個(gè)與門，輸出信號為“1”，交通燈U13紅燈亮；與此同時(shí)， Y1輸出信號“1，交通燈U12綠燈亮。B.30秒之后，74LS163芯片輸出邏輯電平信號001，3-8譯碼器輸出端Y1=0，其他輸出端為“1”。Y0輸出信號經(jīng)過非門變?yōu)椤?”，再通過與門與1HZ脈沖信號相連接輸出至U12，此時(shí)交通燈U12黃燈亮，U13依舊紅燈亮。c.黃燈亮后5秒，74LS163芯片輸出邏輯電平信號010，3-8譯碼器輸出端Y1=0，其他輸出端為“1”。Y1輸出信號經(jīng)過非門變?yōu)椤?”交通燈U13綠燈亮。之后，紅綠黃燈循環(huán)亮滅。4.設(shè)計(jì)心得通過本次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手，思考，解決問題的能力。完成一次課程設(shè)計(jì)，也是加深一次對課本知識的理解和鞏固。平時(shí)課間學(xué)習(xí)時(shí)間不能很好的理解各個(gè)