交通灯控制电路设计
课
程
设
计
任
务
书
课 程 名 称
电子技术综合课程设计
院（系）
自动化
专业
测控技术与仪器
班级
学号
6
姓名
课程设计题目
交通灯控制电路的设计
课程设计时间:
2010 年 12 月 20 日 至
2011
年 1 月 2 日 课程设计的内容及要求：
一、设计说明 设计一交通灯控制电路，其原理框图如图 1 所示。
图 1 交通灯控制电路原理框图 二、技术指标 1．设计一个十字路口交通灯控制电路，要求主干道与支干道交替通行。
2．主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为 90 秒。支干道通行时，支干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为 60 秒。
3．每次绿灯变红时，要求黄灯先闪烁 5 秒（频率为 5Hz）。此时另一路口红灯也不变。
4．在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。
1Hz 时钟 振荡电路 信号灯译码驱动器 译码显示
计数器电路
主控制电路 5Hz 时钟
三、设计要求 1．在选择器件时，应考虑成本，要求采用 LED 显示。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
四、实验要求 1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。
2．进行实验数据处理和分析。
五、推荐参考资料 1．阎石著 . 数字电子技术基础.[M]北京：高等教育出版社，2005 年 2．童诗白、华成英主编者 . 模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年 3．李亚伯主编. 数字电路与系统. [M]大连：大连理工大学出版社，1992 年 4．韩振振，李亚伯主编. 数字系统设计方法. [M]大连：大连理工大学出版社，1992年 5．尹勇、李林凌主编.
Multisim 电路仿真入门与进阶. [M]北京：科学出版社，2005 年 六、按照要求撰写课程设计报告 指导教师
年
月
日 负责教师
年
月
日 学生签字
年
月
日 成绩评定表 评语、建议或需要说明的问题：
指导教师签字：
日期：
成
绩
一、 概述 交通控制电路需要干道和支道的红灯和绿灯交替使用，而且黄灯需要在计时剩余五秒内代替绿灯闪烁。本电路采用倒计时电路，当主干道绿灯从 90 秒亮到 5 秒时，主干道的黄灯开始闪，绿灯亮，黄灯闪完 5 秒后，支干道绿灯亮，主干道红灯亮。当支干道绿灯从 60 秒亮到 5 秒时，支干道黄灯开始闪，绿灯灭，闪完 5 秒后，支干道红灯亮，主干道绿灯亮，整个电路就一直循环下去。报告所示电路能够完成所有技术指标和要求。
二、方案 分析 设计一个交通灯控制电路,需要通过时间的变化，来控制主干道和支干道红灯，黄灯，绿灯的亮灭。
原理框图如图 1 所示。
图 1
原理框图 工作原理：当打开电路的仿真开关时，有 555 施密特触发电路构成的脉冲器，让它通过 74HC192 芯片生成一个选频电路，QA 端产生的频率是进位端产生频率的 5 倍，将 QA 端产生的频率直接接到黄灯的输入端，进位端产生的频率再接到另外两个74HC192 芯片组成的计数器的脉冲输入端，然后我们再通过置数端，使电路形成一个九十进制的计数器和一个六十进制的计数器，然后我们再通过一系列与门电路，或门电路，异或门电路，非门电路，D 触发器使电路先从 60 秒开始计时，支干道的绿灯亮，主干道的红灯亮；当剩下 5 秒时，支干道黄灯开始闪，同时支干道的绿灯灭，主干道的红灯保持不变；当电路从 90 秒开始计时时，主干道的绿灯亮，支干道的红灯亮；当剩下 5 秒时，主干道的黄灯闪，同时绿灯灭，支干道的红灯保持不变；当从 60 秒开始计时时，主干道的红灯亮，支干道的绿灯亮，就这样一直循环下去。
三、电路设计
1．频率发生电路 频率发生电路如图 2 所示。该电路由 555 定时器、电源及电阻电容组成，能够在输出端实现 10 Hz 的频率信号输出。
计数器电路 主控制电路 信号灯译码驱动器 译码显示 振荡电路
VCCOUTU1555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIVCC5VR11kΩ R21kΩ C148.3uF C248.3uF R31kΩ UI 图 2
频率发生电路 2.选频电路 选频电路如图 3 所示，由一个 74LS192D 和电源组成。能够实现对频率发生电路的输出频率实现选频功能，QA 输出 5Hz 的频率，CO 输出 1Hz 的频率。Up 端接 10Hz，使计数器不断进行计数功能，从而在 QA 端输出 5Hz 的信号，在进位输出端输出 1Hz的信号。
U274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14VCC 5VU15Hz1Hz 图 3
选频电路
3.计时电路 计时电路如图四所示，由两个 74LS192D 和一个电源组成，实现计时功能，能够分别进行 90s 和 60s 计时功能。U2 和 U3 端口能够实现置数功能，当 U4 端口输入低电平时，将 U2 和 U3 端口的数据置入计数器。根据置数端的电平变化和输入端电平的变化，计数器分别被置入 90 和 60。当 U4 减少一个循环时，产生一个借位输出信号，是的 U5 也减少一位。
U474LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U574LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14VCC 5V1HzAB CDA1B1C1D1U2U3U4 图 4
计时电路
4．显示电路
显示电路如图 5 所示由两个数码管组成的。对计数器输出信号进行显示。
U3DCD_HEX_ORANGEU21DCD_HEX_GREENA1B1C1 D1 A B C D 图 5
显示电路 5．指示灯显示电路 指示灯显示电路如图 6 所示，两个红灯、两个绿灯、两个黄灯，一个 D 触发器及若干与门和或门组成的，实现干道、支道红灯、绿灯、黄灯交替亮。
工作开始时，LD 为 O，计数器预置数，此时 D 触发器的初始状态 Q=0，因此预置数为 60 s。置数完后，LD 变为 1，计数器开始从 60 s 倒计时，D 触发器状态发生翻转Q=1，主干道的红灯 X6 及支干道的绿灯 X5 亮。当计数器计数到“05”秒时，由于图 4中的十位计数器的 D1，C1，B1，A1 与个位计数器的 B，C 用一个或非门连起来，使信号灯发生转换，绿灯 X5 灭，黄灯 X4 在这 5 s 内以 5 Hz 的频率闪烁，红灯 X6 不变。当倒计时减到数“00”时，LD 又变为 0，计数器又预置 90 s，之后又倒计时，如此循环下去。
图 6
指示灯显示电路
四、性能测试 1，频率发生电路测试 频率发生电路的性能测试结果如图 6、图 7、图 8 所示。测试点在 QA 和 CO 处，分别测试该端口能否输出 5Hz 和 1Hz 的信号，测试结果符合要求，电路合理，满足要求。
图 6
测试电路图
图 7
5Hz 示波器测试图
图 8
1Hz 示波器测试图
2.数码管显示及指示灯测试
图 9
红绿灯测试显示电路
图 10
黄灯显示及指示灯测试
干道测试如图 9、图 10 所示，当数码管从 60 开始倒计时，干道红灯 X6 亮，支道绿灯 X5 亮，当倒计时在 5 秒以内时，干道红灯 X6 保持不变，支道绿灯 X5 灭，支道黄灯 X4 闪烁五次，电路正常。
图 11
红绿灯测试显示
图 12
黄灯测试显示
支道测试如图 11、图 12 所示，当数码管开始从 90 倒计时，干道绿灯 X2 亮，支道红灯 X3 亮，当倒计时在 5 秒以内时，干道绿灯 X2 熄灭，干道黄灯 X1 亮，并闪烁五次，支道红灯 X3 保持不变，电路正常。
五、 结论 本报告所示电路能够实现主干道与支干道交替通行，主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为 90 秒。支干道通行时，支干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为 60 秒。每次绿灯变红时，黄灯先闪烁 5 秒，绿灯灭，此时另一路口红灯不变。所示电路满足所有技术要求和指标，具有可应用性。
六、 性价比 本电路使用三个可逆计数器、一个 555 定时器，两个数显管、六个显示灯和若干与门、或门等元器件组成，这些器件简便易得，而且价格便宜，性能可靠，便于本电路实现技术指标和要求，并且电路系统具有较高的可靠性，简便性和性价比。
七、 课设体会及合理化建议 在完成课程设计的过程中，我尽自己努力把在课本上学到的知识用于实践中，起初拿到这个题目时，我感觉这个题目很熟悉，但在我真正的开始着手进行设计时，我才发现，每一个步骤并不是我想像的那样，甚至有些电路的改装时需要多种思路在一
起才能实现的，于是我开始查阅了很多资料和书籍，和同学进行了讨论，遇到解决不了的再请教老师，在此次课程设计中我不仅对数字电子电路有了更深的理解，而且对于 Multisim 也有了初步的认识，掌握了部分使用方法。但仅限于此是不够的，在以后的学习中，特别是在以后的实验课中，我会更加认真的去完成，更加努力的去提高动手操作的能力。在解决问题的过程中提高自己自主分析解决问题的能力，锻炼自己的思维。总之，通过这次实习，我收获了很多，在以后的学习中，我会更加努力。
参考文献 1．阎石著 . .
数字电子技术基础.[M]北京：高等教育出版社，2005 年 2．童诗白、华成英主编者 . .
模拟电子技术基础. .
[M]北京：高等教育出版社，2006年 3．尹勇、李林凌主编.
Multisim 电路仿真入门与进阶. [M]北京：科学出版社，2005 年
录 附录 I
总电路图
录 附录 II
元器件清单 序号
编号 名称 型号 数量 1
电源 VCC 2 2 C1 C2 电容 CAPACITOR 2 3 U4 U5 U2 可逆加减计数器 74HC192 3 4 U3 U21 数码管 DCD-HEX 2 5 U11 D 触发器 D-FF 1 6 U1 555施密特触发器 555-TIMER-RATED 1 7 X1 X2 X3 X4 X5 X6 指示灯 PROBE 6 8 U10 U32 U6 或门 74LS32D 3 9 U7 U8 U9 与门 74LS08D 3 10 U15 异或门 74LS86 1 11 U13 非门 74ALS04D 1 12 U12 或非门 74ALS02D 1