2022年交通信号灯电路的设计.docx

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1、精品学习资源交通信号灯电路地设计1 技术指标 :设计一种利用发光二极管作为交通信号灯地指示，实现南北、东西车道地交替通行，要求实现南北车道方向循环显示地次序是绿灯、黄灯、红灯；东西车道方向循环显示地次序是红灯、绿灯、黄灯.2 设计方案及其比较：如今，社会大路交通日趋发达，因此为掌握行人和车辆通行秩序以及防止交通事故地发生人们设计产生了交通信号灯.由于要依据不同交通道路情形指定不同地通行规章，于是交通信号掌握电路应运而生 .2.1 设计总思路：由于数字电路技术地规律性很强，用它来设计交通灯地掌握系统很简洁实现.只要数字集成块在肯定范畴内输入，都能得到确定地输出，调试起来也比较容，电路地工作状态会

2、比较稳固.这次地设计就是通过一些基本地数字芯片组合来实现对十字路口交通等地六个不同信号灯地控制，另外仍加以数码管显示 .以做到十字路口信号灯地仿真模型，这个电路地设计看似较为复杂，其实就是一些基本地数字电路组成 .只要将整个电路地基本方向确定下来，画出电路流程图，在对各项功能进行设计，一步步突破，最终进行整理总结 .第一分析实际交通灯掌握电路，从主干道（南北方向）和支干道（东西方向）入手，路口均有红、黄、绿三个交通灯显示数码管.其示意图如下： 图 1，十字路口交通信号灯掌握示意图：为了相对地更符合实际情形，我们取S0,S1,S2,S3 分别为27s， 3s，27s， 3s，即：要求实现规律功能

3、，在 1-3 状态循环 .1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间27s；2、东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮，时间3s；3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间27s；欢迎下载精品学习资源4、南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮，时间3s；图 1 十字路口交通信号灯掌握示意图2.2 方案一设计电路图如下列图（为了能让读者观看便利，我们将图二完整地电路图拆分成图三与图四两部分）：欢迎下载精品学习资源图 2 完整电路图图 3 部分电路图其中 74LS161 地 CLK 接受方波脉冲， 74LS138 地 Y0 、 Y1 、Y2 、 Y3 去置数和掌握信号灯地状态.左边地74LS161 通过清零反馈实现十

4、进制计数，右边地74LS161 通过清零反馈实现六进制计数，其中，由于 74LS161 是通过上升沿来触发地，所以我们在Q2， Q3 接个与非门来实现十进一地功能.经过74138 译码后掌握交通灯地状态变化以及置数地变化，从而掌握整个系统，其中74160 地 QC 端经过一个非门接其置数端，当QC 为 1 时，计数器置数回到0，从而掌握电路地状态循环，同时QA ，QB 地变化经过译码器 74138 后掌握整个电路及交通灯地循环.欢迎下载精品学习资源74LS160 是一个具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变地十进制上升沿计数器, 管脚图如 5.只有当 EP、ET 均为高电平常才能正常工作.整

5、个交通灯状态分为四部分，真值表与状态如表1.横纵向干道地红、黄、绿信号灯主要由状态掌握器输出打算 .用 1 表示灯亮 .用 0 表示灯不亮 .时间对应二进制横向地交通信号灯纵向地交通信号灯依据表中数据，可得出各个信号灯与时间地关系.如下表 2 所示：表 1 交通灯状态真值表红R1黄Y1绿G1红 R2黄Y2绿G20260000 00000010 011000110027290010 01110010 100101010030560011 00000101 011010000157590101 01110101 1001100010十位表 2 信号灯与时间关系表红R1黄Y1个位十位个位十位绿G1个

6、位0011000010010010011100000000100101001000000101011001001000000110红R2黄Y2绿G2十位个位十位个位十位个位0000000010010101011100110000100100011000010000101001010100000110即：欢迎下载精品学习资源R1Y3Y4Y5R2Y0Y1Y2欢迎下载精品学习资源Y1Y2Z7 QD 1Y 2Y2Z7 QD 1欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源G1Y0Y1G2Y3Y4Y2Z0 Z1Z 2 Z3 Z4 Z5 Z6Y5Z0 Z1 Z2 Z3Z4 Z5 Z6欢迎下载精品学习资源欢迎下载

7、精品学习资源其中，Y0 Y1Y7 分别表示译码器 U2 地 8 个输出端口，Z0 Z1Z7 分别表示译码器U6 地 8欢迎下载精品学习资源个输出端口 . QD1 表示计数器 U1 地第 11 端口.依据上式，即可列出相应地规律电路图.图 4 部分电路图2.3 方案二电路设计图如下列图：欢迎下载精品学习资源图 5 方案二电路图下面我们具体介绍一下电路.掌握器：十字路口地车辆运行情形由以下4 种可能： A 主干道通行支干道不通行，此时主绿灯支红灯亮，连续 27 秒.B 主干道停止，支干道仍不通行，此时主黄灯支红灯亮，连续3 秒.C 主干道不通行支干道通行，此时主红灯支绿灯亮，连续27 秒.D 主干

8、道仍不通行支干道停止，此时主红灯支黄灯亮，连续 3 秒.就主掌握器有 S0、S1、S2、 S3 四种状态 .因此主掌握器可由74LS161 接成四进制计数器实现这四种状态 .U12NOT欢迎下载精品学习资源3D04 D114Q1U13 Q013欢迎下载精品学习资源5 D26 D37 ENP 102ENTCLK9LOAD1MRQ212Q311RCO1574LS161欢迎下载精品学习资源图 6 掌握器电路图欢迎下载精品学习资源计数器：计数器有两个作用：一是依据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间进行30秒， 27 秒， 3 秒 3 种方式地计数；二是向主掌握器发出状态转换信号，主掌握器依据状

9、态转换信号进行转换 .计数器工作状态由主掌握器掌握：S0 状态时，计数器开头30 秒计时， 30 秒后产生归零脉冲并向主掌握器发出状态转换信号，计数器归零，主掌握器进入S1 状态，计数器开头3 秒计时， 5 秒后产生归零脉冲并向主掌握器发出状态转换信号，计数器归零，主掌握器进入S2 状态，计数器开头27 秒计时， 27 秒后产生归零脉冲并向主掌握器发出状态转换信号，计数器归零，主掌握器进入S3 状态，计数器又开头3 秒计时， 3 秒后产生归零脉冲并向主掌握器发出状态转换信号，计数器归零，主掌握器回到 S0 状态.开头新地循环 .掌握信号灯译码电路：如表所示状态对应六个灯地状态U3NANDU5N

10、AND3456D0 U6D1 D2D3Q0 Q1 Q2Q3A B CU2Y0 Y1 Y2710291RCOENP ENT CLKLOADMR64574LS138 Y3Y4151413121110973456D0 U1D1 D2 D3Q0 Q1 Q2Q3RCO1413121115123ABU4C74LS13874LS161E1E2 E3Y5Y6 Y7710291ENP ENTCLK LOAD MR74LS1616E14 E25 E3Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77表 3 信号灯与状态关系表AB红R1黄Y1绿 G1红R2黄Y2绿G20000110001010100101

11、00001111000101411321231115图 7 计数器电路图即得出关系式为：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源R1AR2AY1A B Y2A BG1A BG2A B欢迎下载精品学习资源相应地电路图如下列图：AB欢迎下载精品学习资源U17ANDU18ANDU20ANDU21AND欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源D1LED-GREENR110D2LED-YELLOWD3LED-REDD4LED-GREEND5LED-YELLOWD6LED-RED欢迎下载精品学习资源图 8 信号灯电路图多谐振荡电路：秒振荡电路可由555 多谐振荡器构成，其震荡频率为f=1/R1+2R2Cl

12、n2, 通过转变 R 和 C 地参数转变其频率为1Hz 参数运算如下：取C2=10F，要得到1HZ 地方波信号，低电平常间T2=0.5S，高电平常间T1=0.5S 由（ R1+2R2 ） C*0.69=T ， T1=R1+R2*C*0.69， T2=R2*0.69*C ，得： R2=72.4k ，R1=0.欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源BAT19VC110nFR550kR650k8R4 CC V5 CVDG2TR N1U1Q3DC7TH6NE555A BC+88.8VoltsD欢迎下载精品学习资源C210uF图 9 多谐振动器电路图2.4 方案三考虑到所给地试验器材有限，很难完成上述

13、两个较为复杂地电路，所以第三个方案我们依据已有地试验器材设计一个较为简洁地电路.试验电路原理图如下列图：R3300欢迎下载精品学习资源8RC4CB1V6VQ3DC7R150kU23 D04 D15 D26D37ENP10ENT2 CLK 9LOADQ014Q113Q21211Q315RCOU31 A2 B3 C6E14 E25 E3Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5Y6Y77D1 LED-GREEN1151412U4:A12131374LS11121111092U5:A374LS08D4LED-YELLOW1D6LED-RED2欢迎下载精品学习资源5CVU1NE555 D1MR74LS161R

14、274LS138D2 LED-GREEN2欢迎下载精品学习资源2C110nFNTR G1TH6C210uF50k3U4:B4574LS1164 U5:B5 74LS08D3D56LED-RED1欢迎下载精品学习资源LED-YELLOW2图 10 方案三电路图依据以上地设计，交通灯掌握系统要有一个能自动装入不同定时时间地定时器，以完成甲车道3欢迎下载精品学习资源秒， 1 秒， 4 秒，乙车道 4 秒， 3 秒， 1 秒地定时任务 .该定时器由1 片 74LS161 构成地十六进制可预置数加法计数器完成；时间状态由带译码器地led 数码管对加法计数器进行译码显示；预置到加法计数器地时间常数，通过状

15、态掌握电路地译码器74138 地输出端 Y0 、Y1 、Y2 、Y3. 当状态掌握器74LS161地输出 QCQBQA=000 ， 001， 002 时经过译码器 74138 后对应地输出为低电平，经过三输入非门，就可以掌握相应绿灯地状态.此时只有在 000，001， 010 时对应输出为低电平，同理，状态掌握器状态变化时，通过对应门电路去掌握灯地电位，这样就形成了置数地循环掌握，实现了交通地定时循环系统.其实交通地定时系统分为4 部，甲车道为3 秒、 1 秒、 4 秒，对应乙车道为4 秒、 3 秒、 1 秒.正好用译码器地四个输出端Y0Y1Y2Y3来掌握，由于Y0Y1Y2Y3为低有效所以经过

16、非门后只有其中一个端口有效置数 .2.5 方案比较从电路布线来看，方案三最简洁，方案一二较为复杂.就原理上来说方案一二也虽然电路复杂，但原理简洁 .方案一三原理基本相同，直接通过译码器以及相关地门电路设计相应地规律结构.而方案二就是通过四个关键地时间点，结合相应地门电路，一旦到了那个时间点，就动身相应地四进制计数器，通过该计数器地四种不同状态以及对应地不同输出从而可以掌握灯地亮暗.3 实现方案3.1 电路布线及原理本次试验本小组选用方案一作为用来实现要求地方案.其电路图如方案一中图10 所示，下图 11 为测试电路地布线图 .欢迎下载精品学习资源图 11 电路布线图3.2 各个元器件地说明表

17、4各个元器件说明名称数量功能备注直流稳压电源1为芯片供应电压使其正常工作发光二极管6观看输出显示红绿黄个 2 个万用表1帮忙试验布线74HC1611参见方案二地具体说明计数器74LS1381参见方案二地具体说明译码器74LS111参见方案二地具体说明三输入与门74LS081参见方案二地具体说明二输入与门NE5551参见方案二地具体说明面 包 板1用于试验布线剪刀1帮忙试验布线镊子1帮忙试验布线导线如干导通电流电容2参见方案二地具体说明0.01u10u电阻2参见方案二地具体说明30027K部分元器件地具体说明：74HC161 ： 74LS161 是常用地四位二进制可预置地同步加法计数器，他可以敏

18、捷地运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等许多重要地功能.74HC161 是 4 位二进制同步加计数器.图 12欢迎下载精品学习资源是它地规律电路图，其中RD 是异步清零端， LD 是预置数掌握端，A 、B、C、 D 是预置数据输入端，EP 和 ET 是计数使能（掌握）端，RCO （ ETQAQBQCQD）是进位输出端，它地设置为多片集成计数器地级联供应了便利.沟通波形图：图 12 74HC161 沟通波形图表 5 是 74HC161 地功能表：表 5 74HC161 地功能表清零RD L H H HH预置LD使EP能 时钟ETCP预 置 数AB据 输 入CDLH HHLHLHABC

19、D输QA L A保保计QBL BQCL C出QD L D持持数NE555 ： 555 定时器是一种应用极为广泛地中规模集成电路.该电路使用敏捷、便利，只需外接少 量地阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器.因而广泛用于信号地产生、变换、掌握与检测.目前生产地定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555 （或 5G555）和 C7555 等多种 .它们地结构及工作原理基本相同.通常，双极型定时器具有较大地驱动才能，而CMOS 定时电路具有低功耗输入阻抗高等优点.555 定时器工作地电源电压很宽，并可承担较大地负载电流. 双极型定时器电源电电压范畴为5 16V ，最大负载电流可达

20、200mA ； CMOS 定时器电源电压范畴为 5 16V ，最大负载电流在4mA 以下 .欢迎下载精品学习资源图 13 555 定时器原理图555 定时器内部结构地简化原理图如图4 所示，引脚图如图5 所示 .它由 3 个阻值为 5k 地电阻组欢迎下载精品学习资源成地分压器、两个比较器C1和C2 、基本 RS 触发器、放电BJT 以及缓冲器组成 .欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源定时器地主要功能取决于比较器，比较器地输出掌握RS 触发器和放电BJT 地状态 .图中RD 为复欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源位输入端，当RD 为低电平常，不管其他输入端地状态如何，输出VO 为低电

21、平 .因此在正常工作时，应欢迎下载精品学习资源将其接高电平 .表 6 555 定时器功能表欢迎下载精品学习资源复位（RD ）阈值输入（VI1 ）触发输入（VI 2 ）输出（VO ）放电管（ T）欢迎下载精品学习资源00导通1 2VCC 3 VCC31截止1 2VCC 3 VCC30导通欢迎下载精品学习资源1 2VCC 3 VCC 3不变不变欢迎下载精品学习资源图 14 555 定时器结构图74LS138 ：图 15 为常用地集成译码器 74HC138 地规律图，它地功能表如表 4.3 所示.由图 15 可知，该译码器有 3 个输入端 A 、B 、C，它们共有 8 种状态地组合，即可译出 8 个

22、输出信号 Y0 Y7 ， 故该译码器也称为 3 线 8 线译码器 .与 2 线-4 线译码器相比较，该译码器地主要特点是，设置了 G1，G2A 和 G2B 3 个使能输入端 .由功能表可知，对于正规律，当G1 为 1，且 G2A 和 G2B 均为 0 时，译码器处于工作状态 .74hc138 作用原理于高性能地存贮译码或要求传输推迟时间短地数据传输系统,在 高性能存贮器系统中 ,用这种译码器可以提高译码系统地效率.将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器地推迟时间和存贮器地赋能时间通常小于存贮器地典型存取时间,这就是说由肖特基钳位地系统译码器所引起地有效系统推迟可以忽视不计.74HC138 引脚

23、图如下：图 15 74LS138 结构图表 7 74LS138 规律功能表输入输出G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7HHHHHHHHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHH欢迎下载精品学习资源HLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL74HC138译码器除了有以上译码功能外仍可以作为数据安排器来使用. 数据安排是将一个数据源来地数据依据需要送到多个不同地通道上去，实现数据安排功能地规律电路称为数据

24、安排器 . 它地作用相当于多个输出地单刀多掷开关. 将 G2B 接低电平， G1 作为使能端， C 、B 和 A 作为挑选通道地址输入， G2A作为数据输入 .4 调试过程及结论通电之后，经观看，试验现象与预期结果相符，试验胜利.图 16 方案三电路图依据我地设计，试验现象是红黄绿灯依次按设计地时间闪亮，但是实际应用中地交通灯却是黄灯闪耀地 .为了达到真正地交通灯仿真，我觉得黄灯地点亮方式仍可以改进.假如将黄灯地接电源地一端通过肯定地与非门地规律组合接到NE555 地 3 管脚上，由于 555 输出欢迎下载精品学习资源地是秒脉冲，电压变化是0V 与 5V 以一秒为周期交替显现 .正好符合我们对

25、电压地要求.经过我地改进后，我设计地交通灯就达到很高程度地仿真了.虽然现阶段这个设计没有投入实际地可能，但是为我以后地设计打下了坚实地基础.5 心得体会第一这次课程设计是胜利地，运用了数电课程学问完全独立自主地进行设计，参考地资料只有课本和 TTL 地 74LS 系列芯片地说明书.其次，本设计有利于巩固数电课程学问，加深对基本器件、FF、时序电路、规律电路地懂得.这次设计使我更加懂得了自己所学学问是多么地有限，自己地各个方面都需要再加强 .而我们要面对社会地挑战，只有不断地学习、实践，再学习、再实践；才能使自己不被社会剔除 .在这次设计中，也要感谢同组地同学地帮忙，相互争论中也使我学习了他们不

26、同地摸索方式，训练了我地团队合作才能，使我明白了团体合作是很重要地 .在经受了多次失败后，慢慢地总结出一些好地捷径，就是在接线时按整个电路划分地各个功能块逐一接线，接完一个功能块就赐予测试通过了再接下一个功能块电路，这样做在接错线时能更好地排除故障 .课题地要求是依据优先级别依次输入四路信号并能逐个清除掉，而我们只实现地两路信号地输入和清除，虽说到最终我们这一组没能完全达到课题地要求，但我觉得最重要地不是结果，而是努力去做地这一过程，正由于这样就不会有太多得遗憾，究竟自己经努力了，也解决了许多操作过程中显现地问题 .这次试验就这样终止了，最终总结这次电子技术课程设计中，我受益匪浅，在接近两周地

27、日子里，可以说得是困难重重，举步维艰，但是在操作过程中通过老师地指点，同学地沟通，将遇到地问题逐一解决了，真地感觉到学会了许多许多地地东西，不仅巩固了以前所学过地相关学问，更重要地是学到了许多在书本上所没有学到过地学问.通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要地，只有理论学问是远远不够地，要把所学地理论学问与实践相结合起来，总结出体会和规律，从而提高自己地实际动手才能和独立摸索地才能，同时也感受到了团队协作精神地珍贵 .最终感谢邱红老师不辞辛苦对为我们地指导！6 参考文献1 康华光 .数字电子技术基础.北京.高等训练出版社，2006欢迎下载精品学习资源2 杨志中 .电子技术课程设计.北京.清华高校出版社，20213 彭介华 .电子技术课程设计指导.北京 .高等训练出版社 .20214 陈大钦 .电子技术基础试验.北京.高等训练出版社 .2021欢迎下载