简易交通灯控制系统

沈 阳 工 程 学 院

课 程 设 计

设计题目： 简易交通灯控制系统

系 别 自动化学院 班级 电子本111 学生姓名 滕希超 学号 2011312121 指导教师 田景贺 职称 讲师 起止日期： 2013年12 月 23日起——至 2013年 12 月27日止

沈阳工程学院

课程设计任务书

课程设计题目： 简易交通灯控制系统

系 别 自动化学院 班级 电子本111 学生姓名 滕希超 学号 2011312121 指导教师 田景贺 职称 讲师 课程设计进行地点： 实训F215 任 务 下 达 时 间： 2013 年 12 月 20 日 起止日期： 2013年12月23日起——至 2013年12月27日止

教研室主任 田景贺 2013年 12月 16日批准

沈 阳 工 程 学 院

2

数字电子课程设计成绩评定表

系（部）： 自动化学院 班级： 电子本111 学生姓名： 滕希超

指 导 教 师 评 审 意 见 评价 内容 具 体 要 求 权重 0.1 5 评 分 4 3 2 加权分 调研 能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案论证 和日程安排。 工作工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能能力 够独立完成设计工作， 态度 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。 0.2 5 4 3 2 0.2 5 4 3 2 说明说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字书的通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表质量 完备，书写工整规范。 0.5 5 4 3 2 指导教师评审成绩 （加权分合计乘以12） 指 导 教 师 签 名： 分 加权分合计 年 月 日 评 阅 教 师 评 审 意 见 评价 内容 查阅 文献 工作量 具 体 要 求 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力 工作量饱满，难度适中。 权重 0.2 0.5 评 分 加权分 5 5 5 4 4 4 3 3 3 2 2 2 说明说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字书的通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表质量 完备，书写工整规范。 0.3 评阅教师评审成绩 （加权分合计乘以8） 评 阅 教 师 签 名： 课 程 设 计 总 评 成 绩 分 加权分合计 年 月 日 分 中文摘要

本次数字电路毕业设计内容是设计交通灯控制器。该系统的基本功能为：在

3

东西南北方向行驶的车辆通过十字路口，在十字路中正中，每条道路各有一组红，黄，绿灯和倒计时显示器，用以指挥车辆和行人有序的通行。其中，红灯亮表示该道路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示可以通行；倒计时显示器是用来显示允许通行或禁止通行的时间。交通灯控制器就是用于自动控制十字路口的交通灯和计时器，指挥各种车辆和行人的安全通行。

简易交通灯设计电路主要芯片有74LS138，74LS192,NE555,74LS48,以定时器NE555构成的多谐振荡器用以产生周期为1秒脉冲波形，用于被74LS192计数，同时用两块74LS192芯片通过级联的方式构成60进制倒数计时器，将倒数计时器输出的数据传入两块74LS48译码器里，74LS192中读取的数值最终通过两块七段数码管显示出来。计时的部分由两块倒计时器74LS192与若干个逻辑门共同构成，工作过程共分为四个阶段每个阶段经历的时间分别为55秒，5秒，55秒和5秒，在每隔55秒或5秒输出一个脉冲，通过下降沿触发状态控制器工作。使状态转变，并通过地址译码器74LS138控制着信号灯的转换。其中红灯亮的时间为55秒，黄灯为5秒，绿灯为55秒。

关键词：交通灯， 脉冲信号，倒数计时器，控制器，译码器。

目录

4

课程设计任务书...................................................... 2 数字电子课程设计成绩评定表.......................................... 3 中 文 摘 要......................................................... 4 1 设计任务描述...................................................... 6

1.1设计题目：简易交通灯控制系统................................. 6 1.2 设计要求 .................................................... 6 1.2.1 设计目的.................................................. 6 1.2.2 基本要求.................................................. 6 1.2.3 发挥部分.................................................. 6 2 各部分电路设计.................................................... 6

2.1 秒脉冲电路的设计............................................ 6 2.2倒数计时器 .................................................. 7 2.3时间显示器 .................................................. 7 2.4 定时器 状态控制器........................................... 8 2.5信号灯显示 .................................................. 9 2.6总电路设计 ................................................. 10 3 元器件清单....................................................... 11 参考文献......................................................... 11

1. 设计任务描述

5

1.1设计题目：简易交通灯控制系统

1.2设计目的：

（1）能独立查阅、整理、分析有关资料

（2）能用数字集成电路完成设计任务 （3）掌握脉冲产生、整形与分频电路

（4）掌握计数、译码与显示电路

1.3基本要求：

(1) 模拟东西南北两路交通指示灯

（2） 红灯亮60秒，黄灯亮5秒，绿灯亮55秒

1.3发挥部分：有能力的同学可以利用课余时间进行电路焊接及调试。

2. 各部分电路设计及参数计算

2.1 秒脉冲电路的设计

系统所需要的秒脉冲由定时器NE555所构成的多谐振荡器提供，多谐振荡器如图1—1（a）所示，图中NE555外引线排列如图1—1（b）所示。其中1脚是电路地GND；8脚是正电源端Ucc，工作电压范围为5~18V；2脚是低触发端TR；3脚是输出端OUT；4脚是主复位端R；5脚是控制电压端Uc；6脚是高触发端TH；7脚放电端DISC。R1、R2和C为定时电阻和电容，C1为电压控制端稳定电容。在信号的输出端产生矩形脉冲，其振荡频率为 f=1.44/( R1+2R2)C 。

8R17GND13R26C2TROUTR15C1234456UccDISC7TH8UcNE555NE555

6

2.2 倒数计时器

倒计时器由两位4位十进制可逆同步计数器（双时钟）74LS192、一个非门和一或门构成。其组成如图2—1（a）所示，其中 74LS192是上升沿触发，CPU为加计数时钟输入端；CPD为减计数时钟输入端；LD为异步预置端，低有效；CR为异步清零端，高有效；CO为进位输出端，当1001后输出低电平；BO为借位输出端，当0000后输出低电平；D3D2D1D0为数据预置端；Q3Q2Q1Q0为数据输出端。倒计时器初始状态为01100000，当输入一个脉冲，计时器就会减一。低位的状态是0000时，再来一个脉冲，BO端就会由1—〉0，这是高位的CPD端由0—〉1。高位因得到一个上升沿，从而触发，进行减1运算。低位的状态变为1001。当高低位的状态都为0000时，它们的LD端就会接低电平，从而进行异步置数。计时器状态变为01100000。秒脉冲再来就会重复以上操作。

>=1CPUCPDCRQ3Q2Q1Q074LS192D3D21D11D0-CO-BO-LD.CPUCPDCRQ3Q2Q1Q074LS192D3D2D1D0-CO-BO-LD1CP图2-12

2.3 时间显示器

时间显示器由两片七段显示译码器74LS48和两片半导体数码管构成。其组成如图3—1（a）所示，74LS48的外引线排列如图3—1（b）所示。A3A2A1A0组成8421BCA码为输入端，Ya~Yg为输出端。LT、RBI、BI/RBO为使能控制端，

都是低有效。LT为灯测试输入端，RBI为灭零输入端，BI/RBO为灭灯输入/灭零输出端。此半导体数码管为带小数点（DP）的七段数码管，分为共阴和共阳型。

共阴型数码管的COM端接低电平，共阳型的则接高电平。

7

d e com f gafgbd e com f gedcDpd e com f gafgbd e com f gedcDpa b com c Dpa b com c DpYa Yb Yc Yd Ye Yf Yg74LS48(十位)A3 A2 A1 A0 LT RBI BI/RBD(a)图 3-1Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg74LS48(个位)A3 A2 A1 A0 LT RBI BI/RBD

A1A2LTBI/RBORBIA3A0GND123161514131211109VccYfYgYaYbYcYdYe2.4 定时器 状态控制器

定时器由倒计时器、两个与门、两个与非门和一个或非门构成。逻辑门所构成的电路如图4—1所示。状态控制器有两个JK触发器级联而成，如图5—1所示。状态控制器实质是一个2位二进制异步加法计数器，下降沿触发。当倒计时器的状态为01100000（60）或00000101（5）时，定时器输出0，其余状态都是是输出1。倒计时器的初状态为01100000，即定时器的初态为0，倒计到00000101之前定时器的输出都为1，当到00000101时，定时器输出为0。状态控制器得到下降沿而触发。状态控制器到下一个01100000时再次触发。同时状态跟随转变。这就实现了状态首先隔55秒转换一次，接着隔5秒转换一次，然后再隔55秒转换。如此循环就可以实现定时信号转换的目标。

74LS4845678(b)

8

定时器&>=&&&图4-1

2.5 信号灯显示

此部分由一个数据分配器74LS138、两个与门和6个发光二极管构成。其结构如图6—1（a）所示。74LS138的外引线排列如图6—1 (b)所示，其中A2A1A0是3个二进制代码输入端；Y7Y0是8个输出端，低电平有效；STA、STB、STC是使能控制端。当STA=1且STB=STC=0时，分配器才工作。制造二极管的材料不同就会发出不同的光。

&&STBSTCSTY7GNDAA0A1A211621531441374LS13851261171098Y0Y1Y2Y374LS138Y4Y5Y6Y7UccY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6

A2A1A0STASTBSTC1 9

2.6总电路设计

10

3 元器件清单

元件名称 74LS192计数器 JK触发器 个数 2 2 1 2 6 2 1 NE555定时器 七段LED数码管 发光二极管LED 74LS48 74LS138译码器

参考文献

[1] 陈晰. 数字电路试验技术基础.北京：电子工业出版社，1999 [2] 李元. 数字电路与逻辑设计.南京：南京大学出版社，1997 [4] 郭斌. 数字逻辑电路.北京：电子科技大学出版社，1995

[5] 程震先. 数字电路实验与应用.北京：北京理工大学出版社,1999

11