※※※※※※※※※ ※2010级学生电子技术※ ※
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课程设计
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电子技术课程设计报告书
课题名称 姓 名 学 号 院、系、部 专 业 指导教师
交通信号灯控制系统
巩振雪 1023080707 物理与电子科学系 应用电子技术
王忠林
2012年 10 月 6日
交通信号灯控制系统的设计
1 设计目的
（1）掌握综合应用理论知识和中规模集成电路设计方法 （2）掌握调试及电路主要技术指标的测试方法
2 设计思路
（1）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，时间40s ；
（2）东西方向红灯亮，南北方向黄灯和左拐弯灯亮，时间20秒； （3）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间20s ；
（4）东西方向灯亮黄灯和左拐弯灯亮，南北方向红灯亮，时间15秒； （5）如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。
3 设计过程
3.1方案论证
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图1所示。每边都设置了红、绿、黄色和左拐弯信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。
图1 路口交通指挥系统示意图
整个系统可以分为4个模块，秒脉冲信号发生器、倒计时计数电路、信号灯转换器和信号显示器组成。秒脉冲信号发生器是该系统中倒计时计数电路和黄灯
闪烁控制电路的标准时钟信号源，倒计时计数器输出两组驱动信号T5和T0，经信号灯转换器控制信号灯工作，倒计时计数电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作，如下图。
图2 交通信号控制总图
3.2电路设计 3.2.1 秒脉冲发生器
图3 由555构成的秒脉冲发生器
图4 555定时器引脚排列图
555定时器内部含有一个基本RS 触发器，配个电压比较器C1,C2, 一个放电三极管T 由三个5K 的电阻的分配器，555定时器因此而得名一个输出缓冲器G3。比较器C1的参考电压为2VCC/3加在同相输入端C2的参考电压为VCC/3加在反相输入端，两者均由分在器上取得。
555定时器个引线端的用途如下： 1端为接地线；
2端为低电平触发端，也称为触发输入端。当2端的输入高电压高 于VCC/3时，C2输出为1；当输入电压低于VCC/3时，C2的输出为0，使基本触发器置1；
3端U0为输出端； 4端是复位端，当
=0时，基本触发器直接置0，使Q=0，
=1；
5端UDD 为电压控制端，如果CO 端另加控制电压，则可以改变C1，C2的参考电压。工作中不使用CO 端时，一般都通过一个0.01uF 的电容接地，以防旁路干扰；
6端TH 为高电平触发端，当输入电压低于2VCC/3时，C1的输出为1；当输入电压高于2VCC/3时，C1的输出为0，使基本触发器置0，即Q0=0，时定时器输出U0=0；
7端D 为放电端。当基本触发器的元件通过T 放电；
8端VCC 为电源端，可在4.3-1.6V 范围内使用，若为CMOS 电路，则VCC=3-18V。 3.2.2 计数器
方案一： 74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：
=1时，放电晶体管T 导通，外接电容
=1，这
图 5 74LS192引脚排列与逻辑符号
图5中：进位输出端，
为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步
为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，
为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下：
定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST 作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY 和模25的定时信号TL 。
方案二：计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163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。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如图5所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp 、CTT 是计 图5 交通灯的ASM 图数控制端，CO 是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3
是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图5所示。电路的工作原理请自行分析。
图6 74LS163的外引线排列图和时序波形图
综合本系统，74LS163
只能十进制计数，不能实现同步加减计数，而74LS192
具有加减同步计数功能，电路设计清晰可行，所以我们采用方案一。 3.2.3 数码管
7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管
显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管。
数码连接译码电路。CD4511是一种BCD 码输入端, 其中D 是高电位;a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 是输出端, 输出高电平有效, 和共阴极半导体发光数码管各发光段的阳极引出线相互连接，下面是七段数码显示器管脚接法，CD4511和数码管的管脚排列如下图：
图7 数码管驱动图
4系统调试与结果
（1）组装调试交通信号灯控制电路。
（2）可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输入规定的时间时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，电路回到原来的位置，使它循环下去。 （3）检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。 （4）结果见仿真图。
5主要仪器与设备
数字电路实验箱 或 EDA 软件MAX PLUSⅡ
集成电路 74LS192—2片，NE555—2片，74LS163—1片，CD4511—2片。 发光二极管—2只，数码管—2只，电阻若干 电容若干。
6设计体会与建议
6.1设计体会
通过这次对交通信号灯的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于交通信号灯的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。此外，本实验也可通过EDA 软件Multisim10实现。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。 6.2对设计的建议
我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。 参考文献
[1] 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1999年 [2] 彭华林等编. 数字电子技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年 [3] 金唯香等编. 电子测试技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年
[4] 侯建军. 数字电路实验一体化教程. 北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005年
[5] 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2001年
[6] 赵春华、张学军. 电子技术基础仿真实验. 北京：机械工业出版社出版社，2007年
附录
1. 总体原理图
1. 仿真图
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交通信号灯控制系统
巩振雪 1023080707 物理与电子科学系 应用电子技术
王忠林
2012年 10 月 6日
交通信号灯控制系统的设计
1 设计目的
（1）掌握综合应用理论知识和中规模集成电路设计方法 （2）掌握调试及电路主要技术指标的测试方法
2 设计思路
（1）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，时间40s ；
（2）东西方向红灯亮，南北方向黄灯和左拐弯灯亮，时间20秒； （3）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间20s ；
（4）东西方向灯亮黄灯和左拐弯灯亮，南北方向红灯亮，时间15秒； （5）如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。
3 设计过程
3.1方案论证
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图1所示。每边都设置了红、绿、黄色和左拐弯信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。
图1 路口交通指挥系统示意图
整个系统可以分为4个模块，秒脉冲信号发生器、倒计时计数电路、信号灯转换器和信号显示器组成。秒脉冲信号发生器是该系统中倒计时计数电路和黄灯
闪烁控制电路的标准时钟信号源，倒计时计数器输出两组驱动信号T5和T0，经信号灯转换器控制信号灯工作，倒计时计数电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作，如下图。
图2 交通信号控制总图
3.2电路设计 3.2.1 秒脉冲发生器
图3 由555构成的秒脉冲发生器
图4 555定时器引脚排列图
555定时器内部含有一个基本RS 触发器，配个电压比较器C1,C2, 一个放电三极管T 由三个5K 的电阻的分配器，555定时器因此而得名一个输出缓冲器G3。比较器C1的参考电压为2VCC/3加在同相输入端C2的参考电压为VCC/3加在反相输入端，两者均由分在器上取得。
555定时器个引线端的用途如下： 1端为接地线；
2端为低电平触发端，也称为触发输入端。当2端的输入高电压高 于VCC/3时，C2输出为1；当输入电压低于VCC/3时，C2的输出为0，使基本触发器置1；
3端U0为输出端； 4端是复位端，当
=0时，基本触发器直接置0，使Q=0，
=1；
5端UDD 为电压控制端，如果CO 端另加控制电压，则可以改变C1，C2的参考电压。工作中不使用CO 端时，一般都通过一个0.01uF 的电容接地，以防旁路干扰；
6端TH 为高电平触发端，当输入电压低于2VCC/3时，C1的输出为1；当输入电压高于2VCC/3时，C1的输出为0，使基本触发器置0，即Q0=0，时定时器输出U0=0；
7端D 为放电端。当基本触发器的元件通过T 放电；
8端VCC 为电源端，可在4.3-1.6V 范围内使用，若为CMOS 电路，则VCC=3-18V。 3.2.2 计数器
方案一： 74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：
=1时，放电晶体管T 导通，外接电容
=1，这
图 5 74LS192引脚排列与逻辑符号
图5中：进位输出端，
为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步
为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，
为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下：
定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST 作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY 和模25的定时信号TL 。
方案二：计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163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。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如图5所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp 、CTT 是计 图5 交通灯的ASM 图数控制端，CO 是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3
是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图5所示。电路的工作原理请自行分析。
图6 74LS163的外引线排列图和时序波形图
综合本系统，74LS163
只能十进制计数，不能实现同步加减计数，而74LS192
具有加减同步计数功能，电路设计清晰可行，所以我们采用方案一。 3.2.3 数码管
7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管
显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管。
数码连接译码电路。CD4511是一种BCD 码输入端, 其中D 是高电位;a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 是输出端, 输出高电平有效, 和共阴极半导体发光数码管各发光段的阳极引出线相互连接，下面是七段数码显示器管脚接法，CD4511和数码管的管脚排列如下图：
图7 数码管驱动图
4系统调试与结果
（1）组装调试交通信号灯控制电路。
（2）可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输入规定的时间时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，电路回到原来的位置，使它循环下去。 （3）检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。 （4）结果见仿真图。
5主要仪器与设备
数字电路实验箱 或 EDA 软件MAX PLUSⅡ
集成电路 74LS192—2片，NE555—2片，74LS163—1片，CD4511—2片。 发光二极管—2只，数码管—2只，电阻若干 电容若干。
6设计体会与建议
6.1设计体会
通过这次对交通信号灯的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于交通信号灯的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。此外，本实验也可通过EDA 软件Multisim10实现。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。 6.2对设计的建议
我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。 参考文献
[1] 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1999年 [2] 彭华林等编. 数字电子技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年 [3] 金唯香等编. 电子测试技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年
[4] 侯建军. 数字电路实验一体化教程. 北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005年
[5] 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2001年
[6] 赵春华、张学军. 电子技术基础仿真实验. 北京：机械工业出版社出版社，2007年
附录
1. 总体原理图
1. 仿真图