数字电路交通灯实训

课题1.4.2：交通灯控制器一．设计课题的任务要求：(一)、实验目的1. 熟练掌握VHDL 语言和QuartusII 软件的使用；2. 理解状态机的工作原理和设计方法；(二)、相关知识本实验要利用CPLD 设计实现一个十字路口的交通灯控制系统，与其他控制系统一样，本系统划分为控制器和受控电路两部分。

控制器使整个系统按设定的工作方式交替指挥车辆及行人的通行，并接收受控部分的反馈信号，决定其状态转换方向及输出信号，控制整个系统的工作过程。

路口交通灯控制系统的有东西路和南北路交通灯R(红)、Y(黄)、G(绿)三色，所有灯均为高电平点亮。

设置20s 的通行时间和5s 转换时间的变模定时电路，用数码管显示剩余时间。

提供系统正常工作/复位和紧急情况两种工作模式。

(三)、实验任务1.基本任务：设计制作一个用于十字路口的交通灯控制器。

1）. 南北和东西方向各有一组绿、黄、红灯用于指挥交通，绿灯、黄灯和红灯的持续时间分别为20 秒、5 秒和25 秒；2）. 当有特殊情况（如消防车、救护车等）时，两个方向均为红灯亮，计时停止，当特殊情况结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行；3）. 用数码管，以倒计时方式显示两个方向允许通行或禁止通行的时间；二．系统设计（包括设计思路、总体框图、分块设计）（一）设计思路1.总体设计----输入部分：1)CLK时钟频率输入，可由实验板上直接提供，为准确确定时间长度，选择1024Hz信号。

2)紧急状态按键拨码开关EMERGENCY，当将其置为高电平，表示紧急情况发生，两个方向均为红灯亮，计时停止；当置其为低电平，信号灯和计时器恢复原来状态，正常工作。

3)复位拨码开关RESET，当将其置为高电平，表示复位，工作停止，全部回到初始状态；当置其为低电平，重新开始工作。

2.总体设计----输出部分：1)东西方向和南北方向各使用3个LED显示，LIGHT1，LIGHT2，红黄绿各代表红黄绿灯。

一、实训背景随着我国城市化进程的加快，城市交通问题日益突出，交通拥堵、交通事故等问题严重影响市民的生活质量和城市形象。

为提高交通效率，减少交通事故，我国正逐步推广数字交通灯的应用。

本实训旨在通过设计和实现一个基于单片机的数字交通灯控制系统，了解数字交通灯的工作原理，掌握数字电路的设计与调试方法。

二、实训目的1. 熟悉数字交通灯的工作原理和控制方法。

2. 掌握单片机在数字交通灯控制系统中的应用。

3. 提高数字电路的设计与调试能力。

4. 培养团队合作精神。

三、实训内容1. 数字交通灯控制系统原理数字交通灯控制系统主要由单片机、传感器、执行器和显示模块组成。

单片机作为控制核心，负责接收传感器信号，根据预设的程序控制执行器动作，并通过显示模块显示交通灯状态。

2. 系统设计（1）硬件设计本实训采用AT89C51单片机作为控制核心，传感器采用红外传感器检测车辆，执行器采用继电器控制交通灯。

系统硬件框图如下：```+-----------------+| 单片机 |+-----------------+/ \/ \/ \/ \/ \/ \+--------+ +--------+ +--------+| 红外传感器 | | 继电器模块 | | 显示模块 |+--------+ +--------+ +--------+```（2）软件设计本实训采用C语言进行编程，主要完成以下功能：1. 读取红外传感器信号，判断车辆状态。

2. 根据预设程序控制继电器动作，实现交通灯状态切换。

3. 显示交通灯状态和剩余时间。

3. 系统调试（1）硬件调试首先检查电路连接是否正确，然后通过单片机编程烧录程序。

在硬件调试过程中，需检查传感器、继电器和显示模块是否正常工作。

（2）软件调试在软件调试过程中，需检查程序逻辑是否正确，交通灯状态切换是否准确，显示模块是否正常显示。

四、实训结果与分析1. 实训结果通过本实训，成功设计并实现了一个基于单片机的数字交通灯控制系统。

数电大作业(交通指示灯+电子琴+智能钟表)-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII（交通指示灯是可以实现的电子琴那个是不知道是否正确自己验证吧）(最后还有两个题一个是交通指示灯的有点复杂的另一个是时钟的个人感觉也是有点复杂)一、交通灯电路设计要求：1.设计一个十字路口交通灯控制电路，要求东西方向车道和南北方向车道两条交叉掉路上的车辆交替运行，每次通行的时间设置为24秒。

2.在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮4秒钟，才能变换运行车道。

3.可用LED模拟交通灯。

4.用倒计时显示每个状态的时间。

思路分析：1.电路有四个状态：东西绿南北红→东西黄南北红→东西红南北绿→东西红南北黄一共有四个状态循环，所以可以先用一个模4计数器来转换这四个状态。

设计电路如图所示：这里采用74LS163构成模4计数器，状态由 00 → 01 → 10 → 11 进行循环。

L1（东西绿）：当00时亮，其他状态时不亮。

L2（东西黄）：当01时亮，其他状态时不亮。

L3（东西红）：当10、11时亮，00、01时不亮。

L4（南北绿）：当10时亮，其他状态时不亮。

L5（南北黄）：当11时亮，其他状态时不亮。

L6（南北红）：当00、01时亮，10、11时不亮。

电路可以这样实现：B A Y0 Y1 Y2 Y30 0 0 1 1 10 1 1 0 1 11 0 1 1 0 11 1 1 1 1 0所以，Y0~Y4口接上非门后可以控制L1、L2、L4、L5。

L3=B，L6=B，所以将L3直接连在1B端，将1A端加非门与L6相连。

通过这样的连接便可以实现这四个状态的循环。

接下来要完成电路的计数部分：由于要实现倒计时显示，所以可以采用两片74LS190，该芯片是十进制加减法计数器。

通过网络找出一下功能表。

由于要实现倒计时，所以U/D端输入高电平，此时计数器进行减计数。

用两片74LS190，通过RC端进行异步级联，由于红灯28秒，黄灯4秒，绿灯24秒，所以各状态及持续时间如下：状态1：东西绿南北红（00）：24秒状态2：东西黄南北红（01）：4秒状态3：东西红南北绿（10）：24秒状态4：东西红南北黄（11）：4秒当状态转变时，给计数器置数即可。

[整理]数字电路—交通灯故障检测电路强化训练数字电路—交通灯故障检测电路1.设计题目的理论分析1.1电路的理论分析交通灯故障监测逻辑电路的设计，红灯R，黄灯Y，绿灯G。

其中，灯单独亮正常，黄绿同时亮正常，其他情况不正常。

设灯亮为“1”，不亮为“0”，正常为“0”，不正常为“1”。

用与非门实现该逻辑电路。

使用Simulink进行简单的仿真。

从题目上看，这是一个基本逻辑门电路在实际生活中的应用问题。

根据我们本学期已经学过的数字电路方面的知识，首先要分析一下该题目中的逻辑命题，再根据命题确定我们要设定的输入和输出变量分别是什么。

在这个设计实验中，很明显，输入变量是红，黄，绿三种灯的显示状态，而输出变量是检测电路的结果，即交通灯是否有故障。

然后用二值逻辑的0和1两种状态，分别对输入输出变量进行赋值。

题目中灯亮用“1”表示，灯不亮则用“0”表示，电路有故障用用“1”表示，不亮用“0”表示。

再根据题目的意思，我们很容易写出该题目所要求实现的逻辑门电路的真值表，如下所示。

表1 电路实现的逻辑功能表要设计出所需的逻辑电路，我们得先知道真值表所对应的的函数表达式。

而要根据真值表得到逻辑函数表达式，我们可以用画卡诺图的方法。

如下图所示，为输入输出变量的卡诺图表示。

图1 真值表对应的卡诺图最后根据已经列写好的卡诺图，我们可以运用数字电路中学过的知识化简出输出变量Z的最终表达式，即：+R=（1）Z+RYRGGY但是题目要求我们用与非门实现该逻辑功能，所以我们还要将式（1）化成只由与非门构成的基本逻辑函数表达式，即：•=Z•=（2）R++GYYRYRRGGRGRY1.2电路原理图的绘制根据式（2），我们可以利用Altium designer软件绘制出相应的原理电路图，在原理图中，三个开关分别控制三个指示灯的亮或暗，元件“NAND”则表示相应的二输入端与非门74LS00，或者三输入与非门，其中三输入端的与非门可以由四输入端的与非门74LS20改变，只要让四输入端与非门的一个输入端接入高电平即可，最后的Z则表示监测信号的输出端。

数字电路课程设计报告书---交通灯控制器院系名称：计算机学院学生姓名：李丽实习时间：2012年6月4日至2012年6月15日交通灯控制器的设计一、交通灯的功能概述在每个交通十字路口都设有一个交通灯,来控制车辆的通行,主干道通行时间30S(即主干的绿灯亮30S,次干道的红灯30s),黄灯5s，车辆停止时间20s(即主干道红灯20s，次干道的绿灯20s)。

二、实验要求一个主干道和支干道所组成的路口，每边都设置红、绿、黄三个交通灯，主干道车通行30秒，支干道车通行20秒。

为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。

其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。

通过设计数字逻辑电路，在面包板上模拟交通灯信号控制系统。

要求分主干道和支干道，每条道上安装红（主：R,支：r）绿（主：G，支：g）黄（主：Y，支：y）三种颜色灯，由四种状态自动循环构成（Gr→Yr→Rg→Ry）。

在交通灯处在不同的状态时，设计以倒计时方式显示的计时器实现倒计时功能提示，并要求不同状态历时分别为：Gr:30秒，Rg:20秒，Yr,Ry:5秒。

三、使用元件工具：镊子，钳子各一个；数字万用表一台，若干导线四、总体方案(1).设计原理但是根据交通灯控制的要求，只有以下四种情况可能出现：（2）.实现方案的选择1.方案一实验原理：通过一个驱动三个计时电路。

这时译码电路和数码管只有一个对应的同步显示计时内容。

当这个时间段计完后，给状态控制电路输出脉冲。

这时状态向后变化一个。

同时又通过控制器的输出端控制红绿灯电路，又根据状态确定那个计时器工作。

这样就完成了一个计数单元的工作周期。

方案总结：优点就是原理上易于实现，因为计数器分为三个，在原理逻辑上更直接。

但缺点也很明显，就是浪费了大量的元器件，来重复实现一个模块的功能，这是一种浪费。

在工程上是绝不允许的，而且，元器件多了，连接电路时易发生错误。

一、课程设计题目交通灯控制系统设计二、设计的任务和要求1）在严格具有主、支干道的十字路口，设计一个交通灯自动控制装置。

要求：在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯；顺序无要求；2）设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间。

红（主：R,支：r）绿（主：G，支：g）黄（主：Y，支：y）三种颜色灯，由四种状态自动循环构成（Gr→Yr→Rg→Ry）;并要求不同状态历时分别为：Gr:30秒，Rg:20秒，Yr,Ry:5秒。

三、系统总体设计方案及系统框图方案一：芯片设计（1）芯片功能及分配交通灯控制系统主要由控制器、定时器、译码器、数码管和秒脉冲信号发生器等器件组成。

秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

1）系统的计时器是由74LS161组成，其中应因为绿灯时间为30秒，所以绿灯定时器由两块74LS161级联组成.74LS161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。

2）系统的主控制电路是由74LS74组成，它是整个系统的核心，控制信号灯的工作状态。

3)系统的译码器部分是由一块74LS48组成，它的主要任务是将控制器的输出翻译成6个信号灯的工作状态。

整个设计共由以上三部分组成。

（2）设计原理：1)总体方案如图：2）各单元电路的设计：1. 秒脉冲信号发生器时钟信号产生电路主要由555定时器组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生秒脉冲，电路图如下图所示：2.主控制电路D1=Q1/Q2+/Q1Q2(/表示取非) D2=/Q2 CLK=CO2 CLR和PR均置1.主控制电路可产生00---->01---->10---->11----00控制信号。

3.红绿灯显示电路电路图如图：4. 计时部分电路A ) 计时器状态产生模块：设计要求对不同的状态维持的时间不同，限于实验室器材只提供74LS161.因要以十进制输出，且有一些状态维持时间超过10秒，则必须用两个74LS161分别产生个位和十位的数字信号。

一、实训目的本次电子技术交通灯实训旨在通过实际操作，使学生掌握交通灯系统的基本设计原理和实施方法，提高学生的动手能力和电子技术综合应用能力。

通过实训，学生能够了解交通灯系统的硬件构成、软件编程以及仿真测试等过程，为以后从事相关领域的工作打下坚实的基础。

二、实训内容1. 系统概述交通灯系统是城市交通管理的重要组成部分，其主要功能是调节车辆和行人的通行顺序，确保交通安全。

本次实训设计的交通灯系统包括红灯、绿灯、黄灯以及人行横道灯，并具备左转控制功能。

2. 硬件设计（1）单片机：选用STC89C51单片机作为核心控制单元，负责系统的整体协调与控制。

（2）显示模块：采用数码管显示交通灯状态，便于观察和调试。

（3）驱动模块：使用继电器驱动红、绿、黄灯以及人行横道灯，实现灯光的切换。

（4）按键模块：设置按键实现交通灯的定时控制、手动控制以及左转控制。

（5）其他元器件：包括电阻、电容、二极管等。

3. 软件设计（1）初始化程序：设置单片机的工作状态，初始化各个模块。

（2）定时控制程序：实现交通灯的定时切换，包括红灯、绿灯、黄灯以及人行横道灯。

（3）手动控制程序：通过按键实现交通灯的切换，包括左转控制。

（4）中断程序：处理按键输入，实现手动控制。

4. 仿真测试使用Proteus软件对设计好的交通灯系统进行仿真测试，验证系统的功能是否正常。

三、实训过程1. 硬件搭建根据设计图纸，连接各个模块，包括单片机、数码管、继电器、按键等，确保电路连接正确。

2. 软件编程根据设计要求，编写交通灯系统的软件程序，包括初始化程序、定时控制程序、手动控制程序以及中断程序。

3. 调试与测试在Proteus软件中对交通灯系统进行仿真测试，观察交通灯状态是否正常，并对程序进行调试。

4. 实物搭建与测试将仿真测试通过的系统实物搭建在实验台上，进行实际测试，确保系统稳定运行。

四、实训结果与分析1. 硬件搭建根据设计图纸，成功搭建了交通灯系统的硬件电路，包括单片机、数码管、继电器、按键等模块。

实验8 综合实验——交通控制灯一、实验目的设计一个电路，用于十字路口的车辆控制的交通灯，自己可以随意发挥，按照实际情况设计一个可以用于十字路口的交通灯。

用仿真软件进行仿真。

二、实验仪器74LS192，74LS47，74LS00，74LS11，74LS32，74LS04，74LS10，74 LS161，以及数码管。

三、实验原理设两个路口分别为甲、乙路口，根据实际情况，则应该有以下四种情况：（1）甲路口红灯亮，乙路口绿灯亮。

（2）甲路口红灯继续亮，乙路口黄灯亮。

（3）甲路口绿灯亮，乙路口红灯亮。

（4）甲路口黄灯亮，乙路口红灯继续亮。

经过分析，决定用74LS192来进行减法计数，然后用74LS161的计数输出来控制数码管的CA端，即控制数码管是否点亮。

74LS161的计数脉冲由74LS192的输出通过一系列逻辑门电路来控制，使其每5秒输出一个脉冲。

然后通过74LS161的输出通过逻辑门电路与数码管相连，来控制哪个数码管亮以及亮多长时间。

具体情况如下表：注意：74LS161设计的为12进制计数器。

74LS161的CLK 端的输入为：CLK=A ⊕C+B+D (D,C,B,A 分别为74LS192的个位片的输出端口，顺序为由高到低) 以下为个数码管的CA 端输入：甲路口红灯为：JR=)()(D B D C+∙+甲路口黄灯为：JY=ABD 甲路口绿灯为：JB=DB BD A CB ∙∙乙路口红灯为：YR= ABD+DB BD AC B ∙∙乙路口黄灯为：YY=)()(A B D C D++∙+乙路口绿灯为：YB=C B A 设计出来的实验电路图：4L S 32N四、 实验内容按照自己所想的，在multisim中连接电路，经过好多次的尝试之后，有了些眉目了，连接好电路之后，终于可以按照自己的想法实现电路的功能了。

不过在连接过程中发现，当数码管的数量增加时，电路的处理速度明显的变慢，而且还出现显示不稳定，不该显示的数码管有些跳动的现象。

数字电路基础红绿灯实验报告数字逻辑电路红绿灯课程设计实验报告题目：红绿灯控制器指导教师：莫琳设计人员（学号）：谭晨曦（1107200144）班级：电信类111班日期：2013年5月25日目录一．设计任务书二．设计框图及整机概述三．各单元电路的设计方案及原理说明四．调试过程及结果分析五．设计、安装及调试中的体会六．对本次课程设计的意见及建议七．附录（包括：整机逻辑电路图和元器件清单）一、设计任务书基本设计要求：EWB仿真实现，设计一个红绿灯控制器控制器设计应具有以下功能：（1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。

. （2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。

（3）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。

(4 ) 东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。

要求有时间显示的（顺数、逆数皆可）时间自定(按学号：红灯时间（学号）=绿灯时间+黄灯时间（≥5）。

二．设计框图及整机概述设计框图：电源计数器数码显示脉冲控制红绿灯红绿灯控制器设计框图整机概述：红绿灯控制器由电源模块、脉冲模块、计数模块、控制模块、红绿灯模块以及数码显示模块共六部分组成。

电源模块为整机提供电源；脉冲模块提供给计数器作为时钟信号；计数模块为44进制计数器，分别输出到数码显示模块和控制模块作为数码显示信号和控制信号；数码显示模块接收来自计数器模块的信号，表明计数器工作状态；控制模块接收计数器模块输出的控制信号从而控制红绿灯的亮灭；红绿灯模块的亮灭情况见设计任务书。

三、各单元电路的设计方案及原理说明电源模块：外接，略。

脉冲模块：外接，略。

计数模块：计数模块内两个计数器（74LS160）CLK外接时钟脉冲信号，A、 B、C、D接地，LOAD接高电平。

低位计数器（左）的进位信号通过RCO输送至高位计数器（右），使高位计数器仅在有进位时工作。

因为我的学号为44，按照任务书要求，再通过将两个计数器的Qc分别接至与非门，以与非门的输出信号作为两个计数器的置零信号，至此，一个四十四进制计数器完成。

一、实训目的本次实训旨在通过学习和实践，掌握电子产品交通灯的设计与实现方法。

通过实训，加深对单片机、传感器、电子电路等基础知识的理解，提高动手实践能力和问题解决能力。

二、实训内容本次实训内容主要包括以下几部分：1. 交通灯硬件设计2. 交通灯软件设计3. 交通灯系统调试与测试4. 实训报告撰写三、实训过程1. 交通灯硬件设计（1）电路设计本次实训的交通灯系统采用AT89C51单片机作为核心控制单元，配合LED灯、按钮、传感器等外围电路实现交通灯的自动控制。

电路图如下：```+5V||VAT89C51||VLED灯(红、黄、绿)||V按钮(模式选择、加减时间)||V传感器||GND```（2）电路元件选择单片机：AT89C51LED灯：红、黄、绿各3个按钮：模式选择1个，加减时间2个传感器：光敏传感器电阻、电容、晶体管等2. 交通灯软件设计（1）软件设计思路本次实训的交通灯软件采用C语言编写，主要实现以下功能：交通灯状态切换剩余时间显示时间参数设置模式切换（2）软件设计流程1. 初始化系统2. 判断模式选择3. 根据模式选择执行相应操作4. 切换交通灯状态5. 显示剩余时间6. 检测按键输入7. 修改时间参数8. 返回步骤23. 交通灯系统调试与测试（1）硬件调试根据电路图连接电路，检查元件焊接是否正确，确保电路连接无误。

（2）软件调试使用Keil软件编写程序，下载到单片机中，观察程序运行情况，根据实际情况调整程序。

（3）系统测试1. 检查交通灯状态切换是否正常2. 检查剩余时间显示是否准确3. 检查时间参数设置是否有效4. 检查模式切换是否正常四、实训结果与分析本次实训成功实现了电子产品交通灯的设计与实现。

通过实训，我们掌握了以下知识点：1. 单片机基本原理及应用2. LED灯、按钮、传感器等外围电路设计3. C语言编程及调试4. 交通灯控制算法设计在实训过程中，我们遇到了以下问题：1. 电路连接错误导致程序无法正常运行2. 时间参数设置不准确3. 模式切换逻辑错误针对这些问题，我们采取了以下措施：1. 仔细检查电路连接，确保无误2. 调整程序，确保时间参数设置准确3. 优化模式切换逻辑，确保正常切换通过本次实训，我们不仅掌握了电子产品交通灯的设计与实现方法，还提高了自己的动手实践能力和问题解决能力。