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数字电路课程设计报告书

——交通灯控制器

一、设计内容与要求

1．设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求主干道和支干道两条交叉道路上的车辆交替运行；

2．主干道通行时间为10秒，支干道为8秒。绿灯转为红灯时，黄灯亮2秒；

3．采用数码管设计倒计时显示系统，显示允许通行和禁止通行时间。

二、实验仪器设备

1．集成电路74LS1612片，74LS042片，74LS001片，74LS201片，74LS481片，NE5551片

2．电阻150Ω1只，100Ω3只

3．电容4.7Uf1只,10-3Uf1只

4．发光二极管6只

三、设计原理与详细电路设计

1、系统的组成及逻辑功能

交通灯控制系系统主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。其系统框图如下所示：

主干道信号灯

主干道信号灯

支干道信号灯

倒计时显示器

逻辑控制电路

计时控制电路

主控制器

时钟产生电路

交通灯控制系统框图

秒脉冲发生器是系统中定时器和控制器的时钟信号源。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。控制器控制定时器和译码器。

2、交通灯工作状态描述

主干道绿灯亮，支干道红灯亮。主干道黄灯亮，支干道红灯亮。主干道红灯亮，支干道绿灯亮。主干道红灯亮，支干道黄灯亮。工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、10、11。

设主干道为甲道，支干道为乙道，控制器工作状态及功能如下：

控制状态

信号灯状态

车道运行状态

00

甲绿，乙红

甲车道通行，乙车道禁止通行

01

甲黄，乙红

甲车道缓行，乙车道禁止通行

10

甲红，乙绿

甲车道禁止通行，甲车道通行

11

甲红，乙黄

甲车道禁止通行，甲车道缓行

3、单元电路的设计

（1）定时器（时钟脉冲产生电路）：

定时器由同步计数器构成。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，可以用来构成施密特触发器、单稳态触发器和对谐振荡器。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。此次设计中，主要用来做时钟脉冲的产生电路，即多谐振荡器。

555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555。

555属于cmos工艺制造，555引脚图介绍如下：

1地GND；2触发；3输出；4复位；

5控制电压；6门限(阈值）；7放电；8电源电压Vcc；

555引脚图如下所示：

连线图

8765

8765

1234

VCC

GND

VCC

GND

四和八管脚接VCC高电平，第五管脚连接0.01uF电容，起滤波作用。七管脚通过电阻接到电源VCC，构成集成门反相器的形式。三管脚接晶体二极管和限流电阻成为电路输出，即为产生的时钟脉冲。

(2)控制器

1、计时控制器

计数器选用集成电路74161芯片做不同模值计数器，作为倒时控制电路。161芯片是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。它是由4级J-K触发器构成，CR非（低电平有效）为异步清零端，LD非（低电平有效）同步置数端，CTT、CTP使能端，以上均为高电平时，实现加法计数功能。161的外引线排列图如下：

161芯片D为高位，A为低位。采用置数法实现计数。任意模M值计数器需要置入的二进制数值为24-M。

实现倒计时还必须介入反相器，使其反码递减输出。设计中选用74LS04芯片（六个非门集成电路）实现。74LS04的工作电压5V，他的内部含有6个coms反相器，74LS04的作用就是反相，即把1变成0。74ls04引脚图如下：

为使计时的数值方便读取，将输出的反码接至LED数码管，两芯片之间需要接入74LS48芯片。LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类。

74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，其引脚图如下所示：

2、主控制电路

交通灯的状态转换描述：

（1）主控制器开始状态为00。甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足10s时，主控制器发出状态信号01，转到下一工作状态。

（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足2时，控制器发出状态转换信号10，转到下一工作状态。

（3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号11，转到下一工作状态。

（4