xxxxxx大学
课程设计
简易交通灯控制电路的设计
班级
学号
学生姓名
指导教师
xxxxxx大学
课程设计任务书
课程名称电子线路课程设计
课程设计题目简易交通灯控制电路的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
1．东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间25s。
2．东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。
3．南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间15s。
4．如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮，禁止该道路的车辆通行，特殊情况过后能恢复正常。
二、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
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）。
三、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，用multisim软件仿真。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年
2. 阎石，数字电子技术（第五版）．[M]北京：高等教育出版社，2005.
3. 陈孝彬《555集成电路实用电路集》高等教育出版社2002-8
4. 王刚《TTL集成电路应用》机械工业出版社 2000-10
五、按照要求撰写课程设计报告
成绩评定表：
指导教师签字：
年月日
一、概述
本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路进行设计,使用交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来设计交通控制信号灯。
在实际情况下，一个十字路有一个主干道和一个支干道。主干道的车流量较大，即要求主干道绿灯亮的时间长，支干道正好相反。
设A代表东西方向即主干道，B代表南北即支干道；R代表红灯亮，Y代表黄灯亮，G代表绿灯亮。且设主、支干道红、黄、绿灯亮的四种状态分别由Q2、Q1的四种数值组合表示，时间设置如下（1代表灯亮，0代表灯灭）。
表1 四种状态表示亮灯颜色与时间
以设计要求为依据，本方案一共分为秒脉冲信号发生电路、计时电路、控制电路、计时显示电路、信号灯控制电路、紧急状态手动控制电路六大部分组成。最终达到包括两组红黄绿灯（配合十字路口的双向指挥控制）、一组手动与自动控制开关（针对交通警察指挥交通控制使用）、倒计时显示器（显示允许通行或禁止通行时间）在内的最终设计目标。
二、方案论证
计数器的设计
方案一：
用74LS192直接构成减计数器，时钟脉冲上升沿到来时，在控制器的作用下置数后开始计数，计数器以减计数向显示译码器提供信号。
方案二：
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器74LS161构成，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号作用下置数为反码，输出端接入非门后计数器实现计数和倒计时显示
的双重功能。
方案选择：
74LS192是双时钟同步16进制可逆计数器，用它进行减计数与数字显示倒计时相符合。然而由于对74LS192不太熟悉，并且在最初提供的芯片中并没有74LS192，所以最终选择了74LS161芯片。而且由于经常应用，因而使用起来较方便。因而选择方案二。
所以最终确定的总体实验方案如下：
由555时钟信号发生电路产生稳定的“秒”脉冲信号。用两片74LS161作为计数器分别作为高低位片，将其输出端通过非门与74LS47相连后，把74LS47输出端连到共阳极数码管上，实现倒计时；用一片74LS74即两个D触发器作为状态控制器，控制状态变量Q2Q1的变化，即实现变化：00-01-10-11；用两片计数器的C 进位端进行与运算后作为状态控制器的脉冲；利用状态控制器与计数器的输出对
计数器实现置数操作，从而实现模25，模15，模5的转换；状态控制器的输出Q2Q1连接至74LS138的两个地址输入端AB，第三个地址输入端C接地；六个灯按照不同状态分别与74LS18的前四个输出端连接。
总体设计方案框图如图1：
图1 总体设计方案框图
在此电路中，555时钟信号发生器产生一个以秒为单位的CLK脉冲，计数器74LS161接受CLK脉冲，实现同步计时。通过非门连接计数器输出端与译码驱动电路，在数码管上显示倒计时。将计数器的进位输出C取反用以控制其自身循环置数，对计数器的两片74LS161的输出C通过与门来作为红绿灯状态控制器74LS74的脉冲信号，由此，状态从00变至01，历时25s；从01至10，历时5s；从10至11，历时20s；再从11变至00，历时5s，依次循环。状态不同，计数器置数和红
绿灯如何显示不同；计数器置数不同，则模值不同，状态改变时间也不同。
三、电路设计
秒脉冲信号发生器的设计
秒脉冲发生器的功能及组成元件
秒脉冲发生器用于产生周期为1秒的的矩形波脉冲，其主要由555芯片组成的多谐振荡器来实现。
秒脉冲发生器的工作原理
由555定时器构成的多谐振荡器如图3所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端和低电平触发端并接后接到R2和C的连接处，将放电端接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压u u 为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出u u 为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压u u按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出u u为低电平，放电管VT导通，把u u从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间u1的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数
=(u1+u2)×u（1）
T
充
由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间u2的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数
=u2×u（2）
u
放
随着C的放电，u u下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出u u。为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，u u电压总是在（1/3～2/3）Vcc 之间变化。图2为工作波形。
图2 多谐振荡器工作波形
