课程名称：数字电子技术课程设计
设计名称： 类别：
【奇数和偶数有不同的称谓】
09电子信息工程2班
姓名：XXXXX
学生证号：XXXXX
导师：XXXXXXX
教师评语：
课程设计任务书
标题：交通信号灯控制电路
1. 简介
为了保证路口车辆通行顺畅，通行无阻，往往采用自动控制的红绿灯进行指挥。红灯（R）表示该路段禁止通行；黄灯（Y）表示车辆停止通行；绿灯（G）表示车辆可以通行。
二、设计任务及要求
任务：设计并制作一个十字路口的交通灯控制电路。
设计要求：十字路口由主路与支路相交而成。为保证车辆安全、快速通行，十字路口各出入口均设置红、绿、黄三色交通信号灯。红灯禁止车辆通行，绿灯允许车辆通行，黄灯给予车辆在禁行线外停车的时间。设计要求如下：
〔1〕利用红、绿、蓝发光二极管作为信号灯，用传感器或普通开关代替传感器来检测是否有车辆驶来，设计、制作交通信号灯控制器
（2）由于主路车辆多，支路车辆少，所以主路常年通车，支路有车才通车。绿灯亮时，支路为红色。绿灯亮时，主路为红色。
当主、支路均被占用时，两条道路可以交替通行，主路每次最多可容纳24辆车通过。
秒、支路放开20秒，并设置24秒、20秒显示回路。
每次由绿灯转为红灯时，应亮黄灯4秒作为过渡，使行驶中的车辆有时间停在停止线外，并设置4秒计时显示电路。
交通灯状态序列表如下：
状态 顺序 主路 支路 时间
绿灯亮，依次通行；红灯亮，24秒内禁止通行
黄灯停，红灯4s不准通行
红灯不准通行，绿灯20秒内可通行
红灯亮、黄灯亮时停止4秒
3. 选配设备
：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及门电路
目录
一、设计任务及要求1
2.方案设计与论证2
第二个脉冲和分频器 2
交通信号灯控制器 3
显示控制部分4
手动/自动控制、夜间控制——————————4
系统框图4
3.单元电路设计及参数计算————————5
秒脉冲及分频器电路设计—————————-5
扭环12位计数器及信号灯电路设计—————–5
数码管显示电路设计6
手册主电路设计 7
4.仿真过程及仿真结果———————————– 7
秒脉冲与分频器的模拟——————————–7
扭环12位计数器及信号灯电路仿真——————8
数码管显示电路仿真9
手动掌握电路仿真 9
5.总原理图及元器件清单————————– 9
总体示意图10
元件清单11
六、安装调试 11
VII. 性能测试与分析 12
8. 结论与经验 13
九、参考文献 13
2. 方案设计与论证
根据设计任务和要求，设计方案可以从以下方面考虑。
1. 秒脉冲和分频器
555定时器是一种多用途的数模混合集成电路，利用它可以方便地组成多谐振荡器，也就是我们要用到的秒脉冲。
由于路口各方向绿、黄、红灯的比例为5：1：6，假设选取21秒作为一个单位时间，则计数器每21秒输出一个脉冲，可利用此电路组成21位级联，分频555输出的秒脉冲。
2.交通信号灯控制器
从波形可以看出，计数器每次工作周期为12，因此可以选用十进制计数器。
计数器可由单触发器或中规模集成计数器组成，这里我们采用中规模74LS164型8位移位寄存器组成扭环12位计数器。
计数器输出
南北方向
东西方向
问题0问题1问题2问题3问题4问题5
NSGN同步
尤格威耶尔
10
11
根据状态表，不难列出东西、南北方向绿灯、黄灯、红灯的规律表达式：东西方向绿灯：EWG=Q4×Q5
黄色：EWY=Q4×Q5(EWY¢=EWY×CP1)
红色：EWR=Q5
南北绿：NSG=Q4×Q5
黄色：EWY=Q4×Q5(NSY¢=NSY×CP1)
红色：NSR=Q5
由于要求黄灯闪几次，可用时间标记1s来“与”EWY或NSY黄灯信号。
3. 显示控制区域
显示控制部分其实就是一个时序控制电路，当绿灯亮时，由74LS192组成的减法计数器开始工作（受对方红灯信号控制），每隔一秒一个脉冲使计数器减1，直到计数器减到“0”时暂停。从上面的分析可以看出，减去的就是红灯亮的时间，绿灯、黄灯、红灯亮的时间比例分别为5：1：6。假设单位时间为21S，红灯亮126S，所以必须将74LS192级联起来，组成126基的系统。由于计数器受对方红灯信号控制
因此可以将红光信号接到计数器的复位端，计数器的复位方式有两种。
解法1：由于是减计数，所以0会变成9，计数器输出的最高位必定是“1”，可以通过非门接到设定数字端，做成126。
方案二：利用计数器的借位，借位为低电平有效，因此可直接接在计数器的设定端，产生所需的值。
解码显示可采用CC4511BCD码七段译码器，显示采用七段共阴极LED显示屏。
4.手动/自动控制、夜间控制
可以用选择开关来实现，当开关处于手动位置时，手动输入一个脉冲，该脉冲由与非门构成的RS触发器提供，使红绿灯处于某一位置。当开关处于自动位置时，红绿灯自动循环工作。夜间，夜间开关打开，黄灯闪烁。当夜间开关打开时，第二个脉冲可以连接到黄灯。
5、系统框图如下图所示：
红绿灯
数字显示
扭环计数器
倒计时器
手动/自动控制开关
交叉
手动脉冲输入
每秒脉冲数
3.单元电路设计及参数计算
1.秒脉冲及分频电路设计
取C2=1OuF，可调电阻为2K，R1=R2=71K，则555输出的脉冲周期为1S。
由74LS161构建21进制，对脉冲进行分频，如上图所示，高位芯片的最低输出位为21S，输出一个脉冲。
2.扭环12位计数器及信号灯电路设计
原理图如下：74LS164组成12位扭环计数器。信号灯连接依据：东西方向绿：EWG=Q4×Q5
黄色：EWY=Q4×Q5(EWY¢=EWY×CP1)
红色：EWR=Q5
南北绿：NSG=Q4×Q5
黄色：EWY=Q4×Q5(NSY¢=NSY×CP1)
红色：NSR=Q5
3.数码管显示电路设计
图中绿线为5片74LS164；蓝线为5片74LS164。
4. 手动掌握电路设计
手动控制电路由两个与非门组成的RS触发器实现，当按下按钮时，输出一个脉冲，输入到74LS164进行移位计数，从而控制信号灯处于某种状态。
4 仿真过程及仿真结果
1. 秒脉冲和分频器的模拟
红线是来自第二个脉冲的信号，蓝线是来自分频器的信号。
2.扭环12位计数器及信号灯电路仿真
3. 手动掌握电路仿真
