十字路口交通灯控制电路的设计教材.docx

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1、目 录1. 设计的任务与要求12. 方案论证与选择23. 单元电路的设计和元器件的选择63.1 五秒倒计时减数电路的设计63.2 二十秒倒计时减数电路的设计93.3 三十秒倒计时减数电路的设计103.4 状态译码电路的设计113.5 交通灯状态显示电路的设计133.6 交通灯定时电路的设计153.7 交通灯故障检测电路的设计213.8 状态掌握器电路的设计233.9 人行道的指示灯电路的设计243.10 紧急状况时，手动开关掌握电路的设计263.11 干道通行时间调整电路的设计273.12 手动清零及数字闪耀电路的设计283.13 主要元器件的选择304. 系统电路总图305. 阅历体会306

2、. 参考文献32附录A： 系统电路仿真图33附录 B： 元器件清单35 数字电子技术课程设计十字路口交通灯掌握电路的设计1. 设计任务与要求1.1 设计目的随着生活水平的提高，家庭汽车拥有量越来越多，城市交通堵塞问题越来越严峻，解决城市的交通拥挤问题越来越紧迫。交通灯在这个交通环境中起着一个重要的角色，是交通治理部门治理交通的重要工具。十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。智能的交通灯能有效地缓解城市的交通压力， 削减交通事故；为人民节约大量出行时间，制造出更多的社会价值。本文运用数字电路理论学问自行设计一个较为完整的小型数字系统。通过系统设计、Multisim 软件仿真、电路安排与

3、调试，在此次设计中学会初步把握工程设计的具体步骤和方法， 提高分析问题和解决问题的力量，以及提高实际应用水平。1.2 设计内容1. 设计一个十字路口的交通灯掌握电路，十字路口分为主干道、次干道，两干道交替运行，红灯亮表示制止通行，绿灯亮表示可以通行。主干道放行时间为 30 秒，次干道为20 秒。2. 每次绿灯变红灯，黄灯先亮5 秒另外一条道上照旧是红灯。3. 干道上有数字显示的时间提示，便利人们把握时间，具体要求主、次道上通行时间和黄灯亮都是秒减计数。4. 黄灯亮时，红灯闪耀。6. 同时设置人行横道红、绿、黄灯提示，并且绿灯闪耀。7. 考虑到特别车辆状况，可设置一个紧急转换开头。它可使紧急红灯

4、闪耀，蜂鸣器提示。8. 可适当设置干道通行时间，两个方向能依据车流量大小自10动调整通行时间，车流量大，通行时间长，车流量小，通行时间短。9. 时间显示，手动清零，以及用七段数码显示管的显示管数字闪耀。10. 设计故障检查电路。1.3 设计要求1. 用 Multisim 仿真软件仿真电路，并进展调试；2. 写出设计的全过程，附上有关电路图和资料，最终有心得体会。3. 附带元器件及参数；2. 方案论证与选择2.1 十字路口交通灯的系统设计十字路口交通灯的系统图如图 1，秒脉冲发生器产生整个定时系统的基脉冲，由减法计数器对显示时间减数到达掌握每种工作状态的持续时间，当减法计数器的回零脉冲使状态掌握

5、器完成状态转换，与此同时，状态译码器依据系统的下一个工作状态打算下一个减计数的初始值。减法计数器的状态有 BCD 译码器、显示管显示。在黄灯亮期间，状态译码器将秒脉冲引入红灯掌握电路，让红灯闪耀。秒脉冲发生器状态掌握器置数掌握红灯闪耀掌握状态译码器减法计数器次干道信号灯主干道信号灯人行道信号灯显示时间图 1十字路口交通灯的系统图2.2 十字路口交通灯的状态掌握器设计十字路口交通灯信号流程图见图 2,可将其分为四种状态。A0表示主干道绿灯亮，次干道红灯亮。 A 表示主干道黄灯亮，次干1道红闪耀。A2表示主干道红灯亮，次干道绿灯亮。A3表示主干道红灯闪耀，次干道黄灯亮。状态编码及状态转换图如下：0

6、=0001A10A3=11主干道绿灯亮次干道红灯亮30 进制减法器减一主干道黄灯亮次干道红闪耀5 进制减法器减一主干道红灯亮次干道绿灯亮20 进制减法器减一主干道红灯闪耀次干道黄灯亮5 进制减法器减一三十秒未到五秒未到二十秒未到五秒未到图 2交通灯信号流程图2.3 DCD_HEX 与七段数码显示管Multisim 中，两者之间都可显示，它们各有优势，明显七段数码显示显示管可在电路中实现更多的功能，比照实现数字闪耀。具体见所以我选取了DCD_HEX 来进展定时电路的显示，使用方法见图 3，使用方法如下：图 3七段数码管显示图2.4 秒脉冲发生器通常，秒脉冲发生器选择如图 4，它们都能产生方波。其

7、中 555 定时器很准确，但在此次方正过程中，我承受右边的脉冲发生器作为秒脉冲发生器。图 4秒脉冲发生器3. 单元电路的设计和元器件的选择3.1 五倒计时减数电路的设计由 74LS192D、DCD_HEX、74LS32D、方波发生器等组成。其中DCD_HEX 是十六进制的显示管，74LS32D 是或门，74LS192D 的功能如下所述。具体电路见图 5。减数器的实现：依据 74LS192D 的特点，脉冲从 DOWN 端接入。置入0101 后实现减数功能，当减到数码管显示为零，通过或门实现置数端为低电平，将 0101 置入。图 5五秒倒计时电路图仿真图74LS192D 的引脚图见图 6，真值表见

8、图 7。图 6 74LS192D 的引脚图图 7 74LS192D 的真值表功能表达：74LS192D 管脚图中，QA、QB、QC、QD 为计数输出端；DOWN 为减脉冲输入端，UP 为加脉冲输入端；CLR 为清零端，当该管脚为高电寻常，输出端清零，为 0000；A、B、C、D 用于为计数器预置初始计数值；LOAD 端为置数端，低电平有效， 输出端分别为输入端 A、B、C、D 的电平。BO 用于输出一个宽度等于减计数输入的脉冲，用于级联下级减计数，CO 用于输出一个宽度等于加计数输入的脉冲，用于级联下级加计数。3.2 二十秒倒计时电路的设计由 74LS192D、DCD_HEX、方波发生器、 7

9、4LS00D 组成。Multisim 仿真电路图见图 8。实现原理：由于是两位数，需要两个 DCD_HEX 来显示倒计时时间，74LS192D 也需要两个。如下图，低位芯片借位端 BO 连接高位的减脉冲输入端 DOWN，这样可以实现借位。当高位为0 时，低位再次借位是，在那一瞬间高位消灭 9，而马上由与非门置为 2 或 3。加脉冲端 UP端接高电平，清零端 CLR 接低电平。图 8二十秒倒计时电路仿真图3.3 三十进制减数电路设计由 74LS192D、DCD_HEX、方波发生器、74LS00D 组成。其实现原理同 3.2。它们只不过置数端有所差异。3.2 高位芯片置入 0010， 而在这高位芯

10、片置入 0011。Multisim 仿真电路图见图 9。图 9 三十秒倒计时电路仿真图3.4 状态译码电路的设计主、次干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态掌握器的输出状态。真值表如下：00001100010101001010000111100010状态掌握输出主干道信号灯次干道信号灯Q2Q1R(红)Y (黄)G(绿)r(红)y(黄)g(绿)表 1 状态译码电路设计原理由真值表得规律表达式如下：主干道红黄绿灯：R = Q2R = Q；2Y = Q Q21G = Q QY = Q Q；21G = Q Q；2121次干道红黄绿灯：r = Q2r = Q；2y = Q Q21g = Q Q21y

11、 = Q Q；21g = Q Q；213.5 交通灯状态显示电路的设计主要元件有：红、黄、绿指示灯、三态门电路 74LS125N、电阻构成。在设计中，我承受了彩色指示灯或发光二极管模拟交通灯，状态译码器电路见以下图。 由 3.3 的信号灯真值表可知，当黄灯亮时，红灯闪耀，无论如何，黄灯亮时，Q 肯定1是为高电平，即Q1为低电平，这样就可利用Q1信号去掌握三态输出高有效四总线缓冲门74LS125N引脚图见下，当Q1为高电寻常，将脉冲信号连接到驱动红灯的与非门一端，这样就可使红灯闪耀黄灯亮时，假设三态门电路被封锁，那么红灯不再受Q1黄灯信号影响。74LS125N 引脚图见图 10：图 10 74L

12、S125N 引脚图当G = 0 时， Y = A 。 G = 1，高阻态，封锁。依据 3.3 的信号灯规律表达式和上述原理，通过 Multisim 仿真得图 11：图 11交通灯状态显示电路仿真图留意：指示灯为高电寻常，才会被点亮。 Q 和Q的状12态通过状态掌握器来掌握。通过G 掌握绿灯主干道绿灯亮、次干道红灯亮时数码管的计数显示， g 掌握绿灯主干道红灯亮、次干道绿灯亮时数码管的计数显示，Q 掌握黄灯亮、红1灯闪耀时数码管计数显示。3.6 交通灯定时电路的设计依据设计内容，交通灯掌握系统要求带有不同定时的定时器，来完成30 秒、20 秒、5 秒的定时任务，定时器可由两片 74LS192D构

13、成两位十进制可预置减法计数器；时间状态由两只 DCD_HEX 管显示。十字路口设计时，应用四只显示管显示，具体见总图如何摆设。可预置减法计数器的时间通过三片八同相三态总线收发器 74LS245DW 来完成，其引脚图见图 12。三片 74LS245DW的输入数据分别为 30 A8 A ，0011000、20 A18 A ，100100000、5 A8 A ，00000101三个不同的数字，任1一输入数据到减法计数器的置入由状态掌握器的输出信号掌握不同 74LS245DW 的选通信号来实现。当状态处于 A= Q Q121= 01和 A3= Q Q21= 11时，黄灯亮，红灯闪耀。由设计内容可知持续

14、时间为 5 秒，则由掌握信号Q1去掌握 74LS245DW 的选通信号，由于 74LS245DW 的选通信号要求低电平有效，因此 g 接一反相器成为 Q1 来接相应74LS245DW。同理，当状态处于 A0= Q Q21= 00 ，由设计内容可知持续时间 30 秒时，此时 74LS245DW 的选通信号应接主干道绿灯信号 G 。当状态处于 A2= Q Q21= 10 ，由设计内容可知持续时间 20 秒时，74LS245DW 的选通信号应接次干道绿灯信号g 。留意：置数端十位为零时，各位也为零时，将会产生一个借位脉冲，此时十位会在瞬时为九，但由于是异步置数， 很快的九会被所置数掩盖。图 1274

15、LS245DW 引脚图功能表达：74LS245DW 是人们常用的芯片，用来驱动led 或者其他的设备，它是 8 路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245DW 有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当片选端 G 低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；接收。当 DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；发送当 G 为高电寻常，A、B 均为高阻态。在我的这个设计中，74LS245 在置数中起到了重要作用。三个 74LS245DW 的驱动方法见图 13。图 1374LS245DW 的驱动图依据上述原理，通过 Multisim 仿真可得图 14。图 14交通灯定时

16、电路仿真图当我绘好交通灯定时电路后，需要对每个状态进展测试。具体如下。3.6.1 A0 ：主干道绿灯亮，次干道红灯亮，持续时间 30秒 ，即G = 0, g = 1,Q1= 1。测试图见图15：图 15A0状态仿真测试图3.6.2 A1：主干道黄灯亮，次干道红灯闪耀，持续时间 5秒 ， A ：主干道红灯闪耀，次干道黄灯亮。即：3Q = 0, g = 1,G = 1。测试图见图 16。1图 16A1 、A3状态仿真测试图3.6.3 A2 ：主干道红灯亮，次干道绿灯亮，持续时间20 秒 ，即 g = 0,G = 1,Q1= 1。测试图见图 17。图 17A0 状态仿真测试图3.7 交通灯故障检测电

17、路的设计的设计正常时：红R、绿G、绿与黄Y同时亮。假设设各灯亮为 1，灭为 0，消灭故障时输出 L 为 1，否则为 0。列真值表如下：RYGL00010010010101101000101111011111表 2交通灯故障检测电路设计原理依据真值表，写出规律表达式为：L = RYG + RYG + RYG + RYG + RYG卡诺图，化简得：L = RG + RY + RG = RGRY RG = RYG + RG仿真时，灯亮表示信号灯存在故障，需要检查电路。见图18。图 18 交通灯故障检测仿真电路图3.8 状态掌握器电路的设计该掌握器利用一个74LS163D 加法器，真值表见图 19，加

18、法器执行状态挨次： 00 01 10 11，当为 11 是时， 执行清零操作。仿真图见 20。图 1974LS163D 真值表图 20 状态掌握器仿真电路图3.9 人行道的指示灯电路的设计当某干道允许通行时，该干道的人行道制止通行指示灯可设置为图 21。连线方法是将红色指示灯逐个并联。排成手掌外形。当某干道制止通行时，该干道的人行道指绿色通行指示灯可设置为图 22。逐个排列，排成一个人在走的简洁图形，并且绿色指示灯烁。当主干道通行时，主干道人行道指示灯为红灯，次干道指示灯为绿灯。反之，亦然。当黄灯亮，红灯闪耀时人行道黄灯提示行人看下十字路口左右。其仿真图见图 23。为了使电路简化，可用单个指示

19、灯代替图样指示灯，具体见图 24。图 21制止通行指示灯仿真电路设计如图 21 所示，当接入高电寻常人行道红灯才会亮，提示行人止步。图 22通行指示灯仿真电路设计如图 22 所见，只有三态门 G 端接低电寻常，三态门才导通，这样方波源会使绿灯闪耀，这样效果会更好些。图 23黄色指示灯仿真电路设计图 24替代的仿真电路图3.10 紧急状况时，手动开关掌握电路的设计将双向开关与信号发生器相连如图 25 的左下角，在加上两个指示灯，可实现十字交通路口两边都有红色指示灯。图 25 手动开关掌握仿真图如图 25 所示，主次干道红灯的设计，手动开关如黑色椭圆所圈，当开关拨到此处，则主次干道上时间显示停顿，

20、 红黄绿灯不变，蜂鸣器发声，紧急红灯闪耀。提示行人消灭紧急状态。3.11 调整干道通行时间电路的设计在依据车流量调整干道通行时间，具体是参加手动开关进展掌握，仿真图如图 26。图 26调整干道通行时间仿真图如上图所示，依据车流量调整通行时间，可利用手动开关使主次干道通行时间以及黄灯亮的时间。依据需要可随心所欲地拨动开关来调整主次干道 150s 内的整十的数，黄灯的调整范围:015 秒。这样便利十字路口交警在适当的时候进展适当调整。3.12 手动清零及数字闪耀电路的设计当需要显示清零时，可设置如图 27 所示手动开关。当需要数字闪耀时，如图 28 所示设计。图 27手动清零仿真图图 28手动设置

21、，数字闪耀仿真图3.13 主要元器件的选择1. DCD_HEX 管 4 个或四个七段译码显示管 4 个；2. 74LS47 译码器 2 块；3. 指示灯 14 个；4. 74LS192D 集成块 2 块；5. 74LS245DW 集成块 3 块；6. 三态门电路 74LS125N 三块；4. 系统电路总图将设计的各个单元电路进展级联，得到仿真的十字路口交通灯掌握电路图，见附录 A。5. 阅历体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的力量。在整个设计过程中，我围绕实现设计内容，我设计了一套电路原理并仿真出来。在设计过程中，常常会遇到这样那样的状况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，

22、但实际接上电路，总是实现不了，因此消耗在这上面的时间用去很多。我做课程设计同时也是对课本学问的稳固和加强，书本上的学问是根底，用软件仿真时，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的生疏。仿真时，有时行，有时不行，经过分析，我觉察开关靠的太近会影响电路。有时承受的指示灯太多，会产生很大的延时，这样不能抑制， 只好加大脉冲发生器的频率。另外是当消灭紧急状况时，实现时间闪耀，紧急红灯亮，蜂鸣器响时，只能用七段译码显示管，开关用两个，在实现这个功能时，走了很多弯路。固然在交通灯指示状态时，也花费了不少精力。总之，在仿真过程中是在不断实践，不断构思，不断改进功能，最终完成仿真，这个过程

23、感受挺深的！但对我而言，学问上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。人生路上，挫折是一份财宝，经受是一份拥有。不会没有它的价值。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这到底第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中觉察了自己的缺乏之处，但经过自己的努力，认真分析，最终完成了仿真。最让感受最深的是：没有自己不会的，只要你情愿去学。参考文献：1 张建华.数字电子技术M. 北京: 机械工业出版社, 2023.2 郭锁利.基于Multisim9 的电子系统设计仿真与综合应用M.北京：人民邮电出版社,2023.3 姚福安.电子电路设计与实践M.济南：山东科技大学出版社，2023.4 电

24、子电路图网. :/ cndzz .5 中国电子网. :/ 21ic .6 刘南平，李擎.数字电子技术M.北京：科学出版社，2023.7 童诗白，徐振英. 现代电子学及应用M. 北京：高等教育出版社，1994.8 孙梅生，李美莺，徐振英. 电子技术根底课程设计M. 北京：高等教育出版社,2023.9 梁宗善. 电子技术根底课程设计M. 武汉：华中理工大学出版社.2023.10 张玉璞，李庆常. 电子技术课程设计M. 北京：北京理工大学出版社.2023.11 彭介华.电子技术课程设计指导 M.北京：高等教育出版社,2023.附录 A：系统电路仿真总图DCD_HEX 显示时间的总电路七段数码显示管显示时间的总电路附录 B：元器件清单序 号名称型 号、规 格数量174LS192D2274LS11N2374LS04D15474LS245DW3574LS163D1674LS00D8774LS125N3874LS472974LS33N21074LS08D211Switch1712SEVEN_SEG_COM413CLOCK_VOTAGE314BUZZER115PROBE1616DCD_HEX4171819202122232425