西安郵電學院
數位電路課程設計報告書
——交通燈控制器
一. 課程設計題目
十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全執行，實現紅綠燈的自動指揮是城市交通管理自動化的重要課題。為了更好的了解並熟悉這方面的基本知識和原理，本次課程設計利用數位電路的基本設計方法，設計乙個簡單的交通燈自動控制系統。進一步了解如何將數位電路設計應用到自動控制系統當中去，從而提高解決實際問題的能力，為以後的進一步學習打下良好的基礎。
1.通過系統的設計、電路的安裝與除錯、逐步掌握課程設計的步驟、方法；加強同學們對數位電路的認識，提高理論聯絡實際以及動手能力
2.掌握各種數字整合晶元的使用功能，以及晶元功能的擴充套件。
3.培養基本的設計思想，建立設計理念。
4.提高分析問題的能力，以及學會解決問題的能力。合理運用控制器，定時器，解碼器和秒脈衝訊號發生器等元件實現的要求。加強對各種元件的了解，並掌握一定的推理和檢查電路的能力。
二. 設計任務和要求
1.設計乙個十字路口的交通訊號燈控制電路，要求有一條主幹道和一條支幹道組成的兩條交叉道路上的車輛交替通行，在每條道路的入口處設定紅、黃、綠三色訊號燈，紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外。
2.主幹道亮綠燈時，支幹道亮紅燈；支幹道亮綠燈時，主幹道亮紅燈。要求主幹道每次放行時間為30秒，支幹道每次放行時間為20秒。
3.在每次由綠燈亮到紅燈亮的轉換過程中，要求先黃燈亮5秒作為過渡狀態，以便讓後來車輛準備停車。
4.設計30秒、20秒、5秒計時的解碼顯示電路，要求每秒鐘改變一次顯示數字，最好用倒計時電路實現數字顯示。
紅綠燈交通訊號系統外觀示意圖如圖所示。
三. 總體方案的選擇
（一）交通燈控制電路分為：
1. 時脈產生電路：
產生穩定的「秒」脈衝（f=1hz）訊號，確保整個電路裝置同步工作和實現定時控制。
2. 主控制器電路：
根據計時器送來的訊號，保持或改變電路的狀態，以實現對主、支幹道車輛通行狀態的控制。
3. 計時器電路：
按設計要求，由紀錄「秒」脈衝個數完成計時任務，並向主控制器發出相應的定時訊號，控制主、支幹道通車時間和黃燈亮的時間。
4. 倒計時顯示電路：
採用計時器資料輸出端接入非門，以其反碼形式顯示倒計時。
5. 交通訊號燈解碼顯示電路：按照主控制器所處的狀態進行解碼，再驅動相應的訊號燈，指揮主、支幹道的行人和車輛的通行。
6. 交通燈控制系統主要由控制器、計時器、解碼器和「秒」脈衝發生器等部分組成。「秒」脈衝發生器是該系統中計時器和控制器的標準時鐘訊號源，解碼器輸出兩組訊號燈的控制訊號，經驅動電路驅動訊號燈工作。
控制器是系統的主要部分，由它控制計時器和解碼器的工作，且脈衝同時送入計數器個位與狀態控制器，而狀態控制器的始能端由計數器的個位與十位的輸出端控制，這樣可以避免脈衝的不同步。這樣構成的電路思路清晰功能易實現，且晶元較少。
（二）時序工作流程：
主幹道支幹道
交通燈控制流程圖
四. 使用元件
五. 總體方案的設計
模型建立：
主幹道交通燈狀態表:
以00-01-10-11-00四種迴圈狀態為核心向外擴充套件。
六. 單元電路的設計
（1）主控制電路
利用一片161和一片139來實現主電路的控制功能，主要是通過給161的4個輸入端置數為0000，從而使它的輸出端q1q0=00-01-10-11來使139的y3y2y1y0＝1110－1101－1011－0111的狀態的變化來實現交通燈4種狀態的變化，而且在倒計時電路反饋回來的高電平才能使它的狀態發生一次變化，而且它的每乙個狀態的變化都能夠控制倒計時電路的變化和發光二極體的變化。
所以是把161設計成乙個模4的計數器作為主控制電路部分。
（2）脈衝產生電路
主要是通過555晶元設計乙個能產生乙個以一秒為週期的脈衝電路，正確的把4.7k和150k的電阻以及0.1uf的電容和4.7uf的電容接入電路中產生一秒的連續脈衝。
脈衝產生電路圖如下:
（3）倒計時電路
設計倒計時電路用2片161來實現的，實驗要求維持的狀態的時間不同，而且用十進位制顯示出來。
在設計第乙個狀態的時候要求計時30s,而且是從29到0秒的計時，所以兩片161，其中一片作為高位片，另一片作為低位片。高位片從2－0，地位片從9－0的倒計時。這時第乙個狀態高位片的dcba=1101，地位片的dcba＝0110。
第二個狀態是主幹道的黃燈計時5秒，從4－0。這時高位片的dcba=1111，地位片的dcba＝1011。
第三個狀態是支幹道的綠燈計時為20秒，從19－0。這時高位片的dcba=1110,地位片的dcba=0110。
第四個狀態是支幹道的黃燈計時為5秒，從4－0。這時高位片的dcba=1111，地位片的dcba＝1011
最後由四個狀態的高位片dcba－地位片dcba:
1101-0110,1111-1011,1110-0110,1111-1011分析得出了高位片的dc端都接高電平，地位片的b端接高電平。其他的埠由主控制電路來實現。
（4）數碼管和二極體
數碼管電路由兩片74ls48來連線實現，48由多個非門來連線實現。把48與數碼管的7個管腳連線起來，然後把數碼管在與地連線來防止被燒壞。其中倒計時電路的數出端與74ls48通過幾個非門連線起來。
另外把74ls48的bi/rbo,rbi,lt都接為高電平，這樣數碼管就能正常的顯示了。
七. 總系統電路圖
八. 心得體會及分析
通過這次試驗讓我第一次有了自己動手操作電路的經驗，進一步了解了一些元件的使用方法，以及使用中與理論的差別。雖然實驗中遇到了一些問題，但通過排除問題是我更深一步了解了連線實際電路應注意的問題。對槍答器的設計是我初步了解了如何去設計電路和解決設計時遇到的種種問題，同時也開始培養我們養成設計電路的科學方法，以及分析電路的科學方法，這些都是我們在書本上難以學到的寶貴知識與經驗。
我首先是非常熟練的掌握了所使用的每個元器件的效能與用法，其次是能夠熟練運用列真值表找出連線方式的方法，再有則是元器件的布件和連線，這一方面要做到布件合理，連線美觀並非易事，有好幾次是已經連好，由於不合理又拆掉重來。最後是，通過動手，鍛鍊了動手的能力，和使用萬用表發現故障，找出解決問題的途徑，這也是今後在做同類設計時十分重要的經驗。
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