交通灯实验报告书

作品设计报告书

课程名称：题班学姓组成目：级：号：名：名：员：数字电子技术交通灯控制器电信092009405050杨镇宇第七组杨镇宇、廖一声、方强宋春胜指导老师：二O一O年十二月交通灯电路设计

摘要：用数电知识设计一个东西方向（主干道）和南北方向（支干道）十字路口的交通灯控制电路，要求每个方向有三盏灯，分别为红、黄、绿，配以数码管显示倒计时。主干道通行15秒后，支道通行9秒，主干道与支干道来回切换。换向时黄灯闪烁三次，每次闪烁间隔一秒钟。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。每盏灯按顺序点亮，循环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运行状态共有四种，分别为：东西方向绿灯亮、东西方向黄灯亮、南北方向绿灯亮和南北方向黄灯亮。在东西方向绿灯和黄灯亮时，南北方向红灯亮，并且红灯的倒计初始值为绿灯的倒计初始值和黄灯的倒计初始值之和。关键词：交通灯控制器、主干道、支干道、数码管显示

Trafficlightcircuit

Abstract：Withseveralelectricalknowledgetodesignathingsdirection(main)andnorth-southdirection(branchartery)intersectiontrafficcontrolcircuit,askeachdirectiontohavethreelights,respectivelyisred,yellow,green,matchwithdigitalpipedisplaycountdown.Roadtraffic15secondslater,teamswaytraffic9seconds,roadwithaswitchbackandfortharteries.Theyellowlightsflashingthreetimes,eachtimeintervalstwinklingseconds.Onedirectiongreen,yellowwhenthelightisredlight,anotherdirection.Everylampsequentiallylitandrecycle,eachdirectionorderforgreen,yellowlights,redlight.Thetrafficlightrunningstatetherearefour,respectivelyis:thingsdirectionlights,yellowlights,north-southdirectionthingsdirectionlightsandnorth-southdirectionyellowlight.Inwhatdirectiongreenandyellowwhenthelightisredlight,thenorth-southdirection,andtheredpourplanfortheinitialvalueofgreenpourplaninitialvalueandyellowlightspourplaninitialvaluethesum.

Keywords：Trafficlightcontroller,digitaltrunkroad,road,branchpipedisplay

2目录1.系统方案选择和论证.....................................................................................................................41.1设计要求..............................................................................................................................41.2.系统方案论证.....................................................................................................................41.2.1各模块方案选择和论证..........................................................................................41.2.2系统各模块的最终方案..........................................................................................42系统的硬件设计与实现.................................................................................................................52.1系统硬件概述.....................................................................................................................52.2基本单元电路的设计.....................................................................................................52.2.1秒脉冲电路设计.................................................................................................52.2.2控制电路设计.......................................................................................................62.2.3定时器电路的设计..............................................................................................62.2.4译码器电路的设计..............................................................................................72.2.5信号灯电路设计...................................................................................................83芯片介绍与电路结构...................................................................................................................83.1主控电路的设计...............................................................................................................83.2主控电路主要元器件的参数..........................................................................................93.3记时电路的设计...............................................................................................................93.4计时电路主要元器件的参数.......................................................................................103.4.174LS47译码器...................................................................................................103.5信号灯转换电路的设计.................................................................................................113.5.174LS04芯片的概述...........................................................................................113.5.274LS08芯片的概述........................................................................................123.5.374LS32芯片的概述........................................................................................123.5.474LS86芯片的概述........................................................................................123.5.574LS153芯片的概述......................................................................................123.6脉冲信号电路的设计........................................................................................................134设计制作总结.............................................................................................................................135参考文献......................................................................................................................................14附录一：系统原理图..................................................................................................................15附录二：系统元件清单................................................................................................................16附录三：作品使用说明...................................................................................................................1731.系统方案选择和论证1.1设计要求

1.主干道通行15秒后，支道通行9秒，主干道与支道来回切换2.换向时黄灯闪烁三次，每次闪烁间隔一秒钟3.用数码管显示计时4.其他创新功能。

1.2.系统方案论证

图1.2系统方框图1.2.1各模块方案选择和论证

秒脉冲发生器电路：考虑使用石英晶体振荡器或者是NE555作为秒脉冲电路，但是由于石英晶体成本比较高，所以选择NE555.计数器电路有三个方案，其中，

方案一：采用74LS161计数器，它是十六进制加法计数器，功能是置数、清零，缺点是只能进行加法计数，而不能进行减法，故不采用。

方案二：采用74LS190，它是十进制同步加/减计数器，它只有置数端，没有清零端，也不采用。

方案三：采用74LS192计数器，74LS192为十进制同步加/减计数器，它不但且有置数、加减计数功能，还具有清零端。

综合考虑：三者都是计数器，但是从其功能和成本、市场方面考虑，采用74LS192作为计时电路的计数器是最好的选择。

1.2.2系统各模块的最终方案

用NE555芯片提供秒脉冲电路给74LS153和74LS192构成的定时器和74LS192和74LS08构成的控制器电路，再经过七段共阳数码管和74LS47译码显示时间。

42系统的硬件设计与实现2.1系统硬件概述

交通灯控制器主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。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。

2.2基本单元电路的设计

2.2.1秒脉冲电路设计

图2.2.1秒脉冲设计电路接上电源给C2充电，当第6、7脚的电压小于1/3Vcc时Uo输出高电平。VT截止，处于第一暂稳态。

随着Ucc对C2冲电的进行，当电压大于2/3Ucc时，触发器置0，输出变为高电平，VT导通，电路进入第二暂稳态。

此时，C2开始放电，电压开始下降，当电压小于1/3Ucc时，触发器又被置1，电路输出翻转为高电平，VT截止，回到第一暂稳态。Ucc又开始对C2充电，如此的周期反复，使输出得到一高一低的电平。

根据公式C2放电时间Tw=0.7*R2*C2C2充电时间Tw2=0.7*(R1+R2)*C2输出信号振荡周期T=Tw+Tw2

改变电阻的大小就可以改变周期时间从而达到秒脉冲

52.2.2控制电路设计

图2.2.2控制电路设计定时器电路是由LS192和74LS153构成的，他可以控制交通信号灯的状态转换，由一块74LS192来实现电路系统的转换，主干道或支干道一个数码管显示“00”，RC端会输出一个低电平，根据有0出0，全1出1的原则主、支干道任意一个倒计时结束都会给74LS192反馈一个低电平，给到加法计数端，使输出端可以切换4种状态（“00”、“01”、“10”、“11”）来控制74LS153的数据选择器，并且一起控制74LS192的置数端。达到状态之间的切换目的。

2.2.3定时器电路的设计

6图2.2.3定时器设计电路定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先置数，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从设置的数值开始进行减1计数。根据74LS192来给74LS153的A、B端进行置数当输出“00”时给74LS153选择相应的D1-1和D2-1。输出“01”时则是D1-2和D2-2等。来实现给LS74192数码管倒计时的4种不同状态的进制数。

2.2.4译码器电路的设计

图2.2.4译码显示电路干道由两块74LS192级联构成倒计时，把13脚接到另一块芯片的第4端，通过输入端给芯片置数实现在100进制数可以任意倒计时的目的。前提是置数端

7接高电平、复位端接低电平，不然电路会一直输出“0000”。保持不变无论给予CP端多少个脉冲。

再通过输出端Q0…Q7供给74LS47译码器译码输出给数码管显示，没有74LS47就提供给数码管则会出现乱码。因为/LT、/RBI、/BI//RBO是低电平有效所以接上高电平芯片才工作。因为74LS47是共阳所以在数码管上接电源。在74LS47和数码管之间要连接电阻，避免电压过高烧坏数码管。

2.2.5信号灯电路设计

图2.2.5红绿灯的设计信号灯电路需要红、黄、绿三种颜色的放光二极管个四个共十二个。其工作状态图如下

图2.2.6状态转换图当主干道通行9秒时绿灯亮而支干道红灯亮，当主干道9秒倒计时完毕，由于74LS192的/RC端反馈一个低电平使CP端有一个瞬间的跳变达到一个高低电平的目的。使B=1A=0，74LS153置数到第2状态主干道4秒倒计时，主干道黄灯每隔一秒闪一次，用非门给A=1，在A和B相与得到高电平和秒脉冲再相与就可以得到每隔一秒闪一次。当4秒计时结束，主干道由于反馈关系变为红灯，而支干道由红灯变为绿灯亮。支干道绿灯灭时，又切换到黄灯闪，闪完后，再切换到另一状态，红灯亮，相应的主干道灭红灯绿灯亮。

3芯片介绍与电路结构3.1主控电路的设计

运用一片74LS192，选择其中4种状态，分别为（00、01、10、11）用来表示主干道车道红支干道车道黄，主干道车道绿支干道车道红，主干道车道黄支干道车道红，主干道车道红支干道车道绿这四种通车状态和003秒，019秒，103秒，116秒这四种通车状态。

83.2主控电路主要元器件的参数

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下图3.2所示：

（a）引脚排列

图3.2

图中：出端，

为置数端，

(b)逻辑符号

74LS192的引脚排列及逻辑符号

为减计数端，

为非同步进位输

为清

为加计数端，

为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，

除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下表3.1所示：

输入

MR1000×0111××××1P3×d××P2×c××P1×b××P0×a××Q30d输出

Q20c加计数减计数Q10bQ00a表3.174LS192的状态表

设四种状态编码分别为：S0=0000、S1=0001、S2=0010、态对照表如下表3.2所示：

Q3Q2Q1Q00000000100100011G10100Y10010R11001G20001Y21000R20110S3=0011，则状

表3.2状态编码与信号灯关系表

3.3记时电路的设计

通过四个74LS192的减法计数功能对主干道车道和支干道车道进行减法记时，其输入端与74LS153相连，由74LS192来实现74LS153的的下一个状态计

9数，输出接74LS47，对74LS192的减法计数进行译码，使其在共阳七段数码管上实现对时间的显示。在设计这个记时电路有一点是非常注意的，就是在时间的控制上，主干道车道红灯的时间要等于支干道车道的绿灯时间加上支干道车道黄灯时间，否则会出现交通的混乱。

3.4计时电路主要元器件的参数

3.4.174LS47译码器

74LS47是一种BCD码输入，开路输出的4线—7段译码/启动器。其内部引脚原理图如图3.4.1所示：

图3.4.174LS47结构图图中，a--g为译码输出，低电平有效，连接共阳数码管。LT端是测试输入端，作用是检查数码管7段显示是否都能够正常发光。RBI是动态灭灯输入端，作用是将数码管显示的、不用的零熄灭掉。BI端是灭灯输入端，它的优先级别最高。RBO端是动态灭灯输出端。十进制输入BI/RBO输出数LTRBIDCBAabcdefg012345678911111111111XXXXXXXXX000000001100001111000011001100010101010111111111110100101000000001100000100000000100100101010111010101110001001100000100注：本系统设计用的是74LS192的减法计数（0~9），因此7447的后面几种状态

103.4.27段共阳数码管

将条状发光二极管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接，组成“8”字，再把发光二极管另一电极作笔段电极，就构成了LED数码管。若按规定使某些笔段上的发光二极管发光，就能显示从0～9一系列数字。同荧光数码管(VFD)、辉光数码管(NRT)相比，它具有：体积小、功耗低、耐震动、寿命长、亮度高、单色性好、发光响应的时间短，能与TTL、CMOS电路兼容等的数显器件。

其引脚图如下图3.4.2所示：

图3.4.2数码管结构图3.5信号灯转换电路的设计

信号灯转换电路是由4种基本状态（00、01、10、11）来决定信号灯的转换的，主要实现元器件有74LS04、74LS08、74LS32、74LS86。

3.5.174LS04芯片的概述

其引脚图如下图3.5.1所示：图3.5.174LS04结构图由图可知，74LS04内部是集成6组反向器。

113.5.274LS08芯片的概述

74LS08为集成的4组2端输入的与门（正逻辑）。其内部引脚图如下图3.5.2所示：

图3.5.274LS08结构图3.5.374LS32芯片的概述

74LS32为集成4组2端输入的或门（正逻辑）。其内部引脚图如下图3.5.3所示：图3.5.374LS32结构图3.5.474LS86芯片的概述

74LS86为集成4组2端输入的异或门。其内部引脚图如下图3.5.4所示：

图3.5.474LS86结构图3.5.574LS153芯片的概述

74ls153是一个双四选一数据选择器/多路选择器。其内部引脚图如下图3.5.5所示

12图3.5.574LS153结构图3.6脉冲信号电路的设计

脉冲信号电路主要有素有‘万能块’之称的555够成，外接相应的电阻和电容。其引脚图图3.6.1如下：

图3.6.1555管脚图其内部结构图如下图3.6.2所示：

3.6.2555内部结构图

4设计制作总结当我们拿到交通灯电路设计这个题目后，我们对这个电路图进行研究和探讨，但是还是不知道从哪里着手，于是我们这组上网查阅了许多的资料，但是最终还是不能够完全找到所有的芯片资料，于是经过我们和同学讨论之后，通过他们的指导和我们到图书馆查阅相关的资料之后，我们最终确定了电路图的制作方案，包括使用哪一种元件，这些元件在电路图中发挥着怎么样的作用都进行了细致的了解。对于那些元件芯片的电路构成，制作作品的时间虽然长，但是我们也花了很多的精力在上面，由于芯片比

13较多，我们对布局进行了很久的排布，终于得到了比较合理的排布。通过这次的电路设计，让我们对芯片做了个更具体的了解。更加了解数字电子技术的相关专业方面的知识，更重要的是提高了我们的思维扩展能力，做了这个作品之后，体现出了我们还有很多未知的知识，真是学得越多了解自己懂得越少，我们开始更加努力的学习数字电子技术，往更加优越的方面前进着，以后我们会加强我们的动手能力，我们以后会多做点电路练习，这样既可以提高我们思考的能力。有时候我们如果遇到一些比较困难的专业问题，我们可以上网寻找和我们一样都是在专注学习这门专业知识的人加以探讨，这样对我们大家学习都有很好的促进，增长了彼此的知识更加加深了我们的人际交流能力，也可以丰富我们的课余生活，提高我们的生活能力。

5参考文献5.15.25.35.4

刘勇、杜德昌。数字电路。北京：电子工业出版社，2003.3百度网站

阎石。数字电路技术基础（第四版）。北京：高教出版社，1997.12王卫平。数字电子技术实践大连理工大学出版社，2010.6

14附录一：系统原理图15附录二：系统元件清单元件名称74LS4774LS15374LS19274LS04非门74LS08与门74LS32或门74LS86异或门

NE555数码管发光二极管发光二极管发光二极管电阻电容

封装/颜色/规格

DIP-16DIP-16DIP-16DIP-14DIP-14DIP-14DIP-14DIP-8DIP-10红绿黄15K390Ω0.01uf47uF

单位（块/个）

块块块块块块块块个个个个个个个个

数量4851221142221111

16附录三：作品使用说明当接入电源后，NE555芯片提供秒脉冲电路给74LS153和74LS192构成的定时器和74LS192和74LS08构成的控制器电路，再经过七段共阳数码管和74LS47译码显示时间，主干道通行15秒后，支道通行9秒，主干道与支干道来回切换。换向时黄灯闪烁三次，每次闪烁间隔一秒钟。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。每盏灯按顺序点亮，循环往复。

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