华北科技学院课程设计
电子技术（数字）课程设计报告
简易交通信号灯控制逻辑设计
1、设计目的
综合运用数字电子技术相关知识设计具有指定用途的数字电路，学会由分立器件与集成电路组成电子电路的方法。 2、设计任务
设计一种交通信号灯控制电路，主要技术指标与要求： （1）定时控制：主干道红灯15秒，支干道绿灯10秒； （2）每次由绿灯变红灯时，应有5秒黄灯作为过渡； （3）分别用红黄绿色发光二极管表示信号灯；
（4）如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮； （5）设计计时显示电路。 3、设计要求
（1）合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图； （2）选择常用的电器元件（说明电器元件选择的过程和依据）； （3）对设计的电路进行仿真，验证各性能指标；
（4）按照规范要求，按时提交课程设计报告，并完成答辩。 4、参考资料
（l）李立. 电工学实验指导. 北京：高等教育出版社，2005
（2）高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2004 （3）谢云等. 现代电子技术实践课程指导. 北京：机械工业出版社，2003
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目录
一．设计方案的选择与论证????????????????????(3) （1） 系统概述?????????????????????????(3) （2） 交通灯逻辑分析及整体设计方案模块划分???????????(3) （3） 方案论证及可行性分析???????????????????(5) 二．电路设计计算与分析?????????????????????(6) （1） 秒脉冲信号发生器?????????????????????(6) （2） 控制电路?????????????????????????(8) （3） 定时器??????????????????????????(11) （4） 显示电路?????????????????????????(12) 三.电路仿真及心得总结?????????????????????(15) 四.附录????????????????????????????(17) 五.参考文献??????????????????????????(18)
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一.设计方案的选择与论证
(1).系统概述
本设计要求设计一个主干道红灯15秒、支干道绿灯10秒的交通灯控制系统，每次由绿灯变为红灯时应有5秒黄灯亮作为过渡，分别用红、黄、绿三色发光二极管表示信号灯，并用数码管显示倒计时。因此，本设计需要一个秒脉冲信号发生器、定时器、译码显示器和控制器。脉冲产生电路用以驱动倒计时电路，置数电路将交通灯亮时间预置到计数电路和寄存器中，控制器对信号灯的各种状态进行循环控制，定时器以基准时间秒为单位做倒计时，数码显示模块显示倒计时的时间，控制器对电路种的各个模块进行级联控制。
系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器五大部分组成。其中定时器能向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管发光。译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，分别产生三种倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。
(2).交通灯逻辑分析及整体设计方案模块划分
图1表示位于主干道和支干道的十字路口交通灯系统，每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许通行，红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆禁止通行。
图1 交通灯系统整体设计框图
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该图为交通灯的一个整体设计框图。系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码器、信号灯显示器组成。其中控制器是核心部分，由它控制定时器和译码器的工作，秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号，译码器输出两路信号灯的控制信号。
图中TL、TS、TY为定时器的输出信号，ST为控制器的输出信号。MG、MY、MR分别表示主干道绿、黄、红三色灯，NG、NY、NR分别表示支干道绿、黄、红三色灯。
当某车道绿灯亮时，允许车辆通行，同时定时器开始计时，当达到指定时间时，TL输出为１，否则TL输出为０；
当某车道黄灯亮后，定时器开始计时，当计时到５秒时，TY输出为１，否则TY＝０；
当某车道红灯亮时，定时器开始计时，当计时到指定时间时，TS输出为１，否则TS＝０。
因此，用定时器分别产生三个时间间隔后，向控制器发出“时间已到”的信号，控制器根据定时器的信号，决定是否进行状态转换。如果肯定，则控制器发出状态转换信号ST，定时器开始清零，准备重新计时。
交通灯控制器的控制过程分为四个阶段，对应的输出有四种状态，分别用S0、S1、S2、S3表示。
S0状态：主干道绿灯亮，支干道红灯亮，此时主干道允许车辆通行，支干道禁止车辆通行。当主干道绿灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。
S1状态：主干道黄灯亮，支干道红灯亮，此时主干道允许超过停车线的车辆继续通行，而未超过停车线的车辆禁止通行，支干道禁止车辆通行。当主干道黄灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。
S2状态：主干道红灯亮，支干道绿灯亮。此时主干道禁止车辆通行，支干道允许车辆通行，当支干道绿灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。
S3状态：主干道红灯亮，支干道黄灯亮。此时主干道禁止车辆通行，
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支干道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁止通行。当主干道红灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个S0状态。
S0、S1、S2、S3状态分别分配状态编码为00、01、11、10，由此得到控制器的状态，如表1所示。
控制器状态 (00) (01) 主干道绿灯，支干道红灯 主干道黄灯，支干道红灯 主干道通行，支干道禁止通行 主干道过线车通行，未过线车禁止通行，支干道禁止通行 (11) (10) 主干道红灯，支干道绿灯 主干道红灯，支干道黄灯 主干道禁止通行，支干道通行 主干道禁止通行，支干道过线车通行，未过线车禁止通行 表1 控制器的状态表
信号灯状态 车道运行状态 (3).方案论证及可行性分析 1.秒脉冲信号发生器
方案一：用555定时器构成多谐振荡器
方案二：用石英晶体多谐振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器。
由于用秒脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度会影响计数器的精度，进而影响控制系统的精度，因此要求秒脉冲信号具有比较高的精度，为提高精度可先做一个频率比较高的矩形波振荡器，然后将其输出信号分频，就可以得到频率较低而精度比较高的脉冲信号发生器。555定时器构成多谐振荡器，构成方法简单，脉冲频率符合标准。石英晶体虽不需要外加输入信号，而且其脉冲频率很稳定，起振快、时基精度高，工作频率仅决定于石英晶体的振荡频率，而与电路中的R、C的数值无关但电路较为复杂，综上考虑，秒脉冲信号发生器的设计选用方案一。 2.控制电路
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简易交通信号灯(可交)
