科技学院机电学院 电子课程设计报告
题目：交通灯控制器设计
专业班级： 姓 名：
时 间：2011.12.05 ～ 2011.12.22 指导教师：
完成日期：2011年12月 22 日
交通灯控制器设交计任务书
1．设计目的与要求
设计一个交通灯控制器，要认真并准确地理解有关要求，独立完成系统设计，在双干线的路口上，交通信号灯的变化按照下面假定进行计时： （1）放行线，绿灯亮放行25秒，黄灯亮警告5秒，然后红灯亮禁止。 （2）禁止线，红灯亮禁止30秒，然后绿灯亮放行。 使两条路线交替的成为放行线和禁止线，便可实现交通控制。 （3）特殊情况下能实现手动操作。 2．设计内容
（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成输出； （5）PCB文件生成输出。 3．编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。 4．答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
目录
1引言…………………………………………………………………………… 2 总体设计案…………………………………………………………………… 2.1 设计思路…………………………………………………………………… 2.2 总体设计框图……………………………………………………………… 3 设计原理分析………………………………………………………………… 3.1 秒脉冲发生器……………………………………………………………… 3.2计时电路……………………………………………………………………… 3.3 状态控制电路……………………………………………………………… 3.4 总体电路…………………………………………………………………… 4 总结与体会…………………………………………………………………… 参考文献………………………………………………………………………… 附录………………………………………………………………………………
交通灯控制器设计
摘要：交通灯设计由秒脉冲发生器产生周期为两秒的脉冲信号，为计数器74HC163提供输入信号，对后级电路进行控制以便实行交通灯状态转换，其状态控制电路由芯片74HC153实现。这次我设计的电路主要是实现东西南北方向的交通灯转换，其特殊功能部分没有完成。交通灯主要由秒脉冲发生器，计时电路，状态控制电路。 关键词：多谐振荡器，状态控制器
1引言
如今人们生活水平的提高，车辆越来越多，交通事故频繁发生。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制。交通等在城市交通中起着他与人们日常生活密切相关，是人们出行的安全保障。因此提供一个安全，便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。为了解决这些问题，我们更应该提高交通控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，提高交通效率，促进和谐交通的建立。
目前交通等控制系统的的设计种类繁多，有基于EDA设计的，有基于单片机设计的等等。但一些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及调试的困难。所以现在国内外广泛采用EDA技术设计交通等控制系统。在国外，英国，澳大利亚，日本和美国等国家均在交通控制系统上日益完善。如以澳大利亚悉尼为背景开发的交通自适应协调系统SCATS，英国的运输和道路研究所研制的SCOOT系统，日本的京三系统等。这些系统，大都是在个路口附近安装磁性环路监控器，由各路口的控制设备。人员将交通控制参数通过通讯网络输入微处理器，用小型计算机进行集中处理。目前国内已有一些自主开发的城市交通控制系统，如公安部交通科学研究所开发的HT-UTCS系统，但他在整体性能上比国外同类系统仍有较大差距，只在一些中小城市得到一些应用。国内城市尤其是大城市引进的交通控制系统大部分为进口的SCOOT和SCATS以及京三系统等，这些系统均建立在机动车为主的道路交通条件基础之上的被动控制系统之上的。由于我国交通是混合交通流，和国外交通流不大相同，因此，国外的这些交通控制系统在国内的使用效果不尽人意。所以，国内科技人员也在孜孜不倦的研究着更好的交通灯控制系统。
这次，只用简单的数字电路来介绍交通等的工作原理。其主要的几个芯片:555定时器，74LS163,,74LS153,74FO0,74F04,D触发器
2总体设计方案
2.1设计思路
这次设计分别采用555定时器构成多谐振荡器产生一秒计时脉冲，送入定时器，使其控制状态转换电路，实现交通灯转换功能。 信号灯转换电路：
状态一:东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮； 状态二：东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮；
状态三：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，实现重复循环。
(1)
秒脉冲发生器：
用555定时器构成多谐振荡器，产生一秒脉冲使其成为后级电路的输入信号源。
（2） 计数器 （3） 状态控制器 2.2 总体设计框图
图1 系统设计框图
三设计原理分析
3.1秒脉冲发生器
3.1.1 555定时器功能介绍
如下图所示，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。~R是复位端，当其为0时，555输出低电平，平时该端开路或接VCC。Vc是控制电
压端(5脚)，平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，再不接外加电压时，通常接一个0.01uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。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。由555定时器构成的秒脉冲发生器只需改变R1,R2,C的值就可决定脉冲宽度。如图2所示：
图2 秒脉冲发生器
3.2计数器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供五秒的定时信号和二十五秒的定时信号 ，分别从U7D和U6C输出。
计数器选用集成电路74HC163进行设计。74HC163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。图1-4中，MR是低电平有效的同步清零输入端，LOAD是低电平有效才同步并行置数控制端，，PE、TE是计数状态选择端，RCO是进位输出端，P0～P3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。
图3 计数器原理图
3.3 控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。控制器的状态转换表，如表所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为U5A和U5B，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝ 00状态时，如果U7D＝ 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝ 01状态。这两种情况与条件U7D无关，所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推，同时表中列出了状态转换信号ST。控制器逻辑图如图所示。
表1控制逻辑图
根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到.
根据以上所得，选用数据选择器 74HC153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74HC153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。图中R、C构成上电复位电路 。
控制器原理图如图1-5所示。由两个双多路转换器和一个双D触发器组成控制器。触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互转换。
原理为：CP分别送给U8A和U8B的3和11的清零端。将U5A接入U8的5和U5B的4和5；T/Y/接入U8的4。如上图所示：FF1,FF0两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。选用74HC153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到74HC153数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。
图4 控制器原理图
3.4总图
经过以上各部分电路的方针与调试，现将绘出总体电路如图5所示。
图5 交通灯设计总图
4 总结
这三周的实习设计，让我深刻的认识到了自己的不足，思维能力欠缺，有理论知识却运用不到实际上去，不知道该如何联系前后之间的关系，但这一次的课程设计实习，也让我明白了该如何学习我的专业课程，虽然这次的实习多我来说很不理想，大部分都来自同学的帮忙，但我体会到了这门课程的内容丰富，自己以前学的真是九牛一毛，简直无法媲美。以后我一定要加强自己的专业课程学习，不再做只为考试而努力的人，而是成为一个能付诸实践的人。
这次实习我对自己沮丧过，失望过，放弃过，第一次自己设计一点思路也没有，三周的时间也就那么几天是自己认真完成我发现自己对所学的东西都太陌生了，各种芯片的功能，用途，如何使用，怎么使用，我一无所知。以后，我会好好努力的。以上是我的总结与体会。
参考文献
[1]康华光，邹寿彬.《电子技术基础&数电部分》（第五版）北京:高等教育出版社,2006. [2]田泽正.《电路CAD实用教程》北京：化学工业出版社，2005. [3]叶挺秀.应用电子学［Ｍ］.杭州：浙江大学出版社，1994.
[4]崔建明，陈惠英，温卫中.《电路与电子技术Multisim10.0仿真》中国水利水电出版,2009 [5]卞小梅.《电子技术基础》北京：电子工业出版社,2001
附录二
附录一
交通灯设计总图
交通灯仿真电路图
附录二
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科技学院机电学院 电子课程设计报告
题目：交通灯控制器设计
专业班级： 姓 名：
时 间：2011.12.05 ～ 2011.12.22 指导教师：
完成日期：2011年12月 22 日
交通灯控制器设交计任务书
1．设计目的与要求
设计一个交通灯控制器，要认真并准确地理解有关要求，独立完成系统设计，在双干线的路口上，交通信号灯的变化按照下面假定进行计时： （1）放行线，绿灯亮放行25秒，黄灯亮警告5秒，然后红灯亮禁止。 （2）禁止线，红灯亮禁止30秒，然后绿灯亮放行。 使两条路线交替的成为放行线和禁止线，便可实现交通控制。 （3）特殊情况下能实现手动操作。 2．设计内容
（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成输出； （5）PCB文件生成输出。 3．编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。 4．答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
目录
1引言…………………………………………………………………………… 2 总体设计案…………………………………………………………………… 2.1 设计思路…………………………………………………………………… 2.2 总体设计框图……………………………………………………………… 3 设计原理分析………………………………………………………………… 3.1 秒脉冲发生器……………………………………………………………… 3.2计时电路……………………………………………………………………… 3.3 状态控制电路……………………………………………………………… 3.4 总体电路…………………………………………………………………… 4 总结与体会…………………………………………………………………… 参考文献………………………………………………………………………… 附录………………………………………………………………………………
交通灯控制器设计
摘要：交通灯设计由秒脉冲发生器产生周期为两秒的脉冲信号，为计数器74HC163提供输入信号，对后级电路进行控制以便实行交通灯状态转换，其状态控制电路由芯片74HC153实现。这次我设计的电路主要是实现东西南北方向的交通灯转换，其特殊功能部分没有完成。交通灯主要由秒脉冲发生器，计时电路，状态控制电路。 关键词：多谐振荡器，状态控制器
1引言
如今人们生活水平的提高，车辆越来越多，交通事故频繁发生。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制。交通等在城市交通中起着他与人们日常生活密切相关，是人们出行的安全保障。因此提供一个安全，便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。为了解决这些问题，我们更应该提高交通控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，提高交通效率，促进和谐交通的建立。
目前交通等控制系统的的设计种类繁多，有基于EDA设计的，有基于单片机设计的等等。但一些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及调试的困难。所以现在国内外广泛采用EDA技术设计交通等控制系统。在国外，英国，澳大利亚，日本和美国等国家均在交通控制系统上日益完善。如以澳大利亚悉尼为背景开发的交通自适应协调系统SCATS，英国的运输和道路研究所研制的SCOOT系统，日本的京三系统等。这些系统，大都是在个路口附近安装磁性环路监控器，由各路口的控制设备。人员将交通控制参数通过通讯网络输入微处理器，用小型计算机进行集中处理。目前国内已有一些自主开发的城市交通控制系统，如公安部交通科学研究所开发的HT-UTCS系统，但他在整体性能上比国外同类系统仍有较大差距，只在一些中小城市得到一些应用。国内城市尤其是大城市引进的交通控制系统大部分为进口的SCOOT和SCATS以及京三系统等，这些系统均建立在机动车为主的道路交通条件基础之上的被动控制系统之上的。由于我国交通是混合交通流，和国外交通流不大相同，因此，国外的这些交通控制系统在国内的使用效果不尽人意。所以，国内科技人员也在孜孜不倦的研究着更好的交通灯控制系统。
这次，只用简单的数字电路来介绍交通等的工作原理。其主要的几个芯片:555定时器，74LS163,,74LS153,74FO0,74F04,D触发器
2总体设计方案
2.1设计思路
这次设计分别采用555定时器构成多谐振荡器产生一秒计时脉冲，送入定时器，使其控制状态转换电路，实现交通灯转换功能。 信号灯转换电路：
状态一:东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮； 状态二：东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮；
状态三：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，实现重复循环。
(1)
秒脉冲发生器：
用555定时器构成多谐振荡器，产生一秒脉冲使其成为后级电路的输入信号源。
（2） 计数器 （3） 状态控制器 2.2 总体设计框图
图1 系统设计框图
三设计原理分析
3.1秒脉冲发生器
3.1.1 555定时器功能介绍
如下图所示，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。~R是复位端，当其为0时，555输出低电平，平时该端开路或接VCC。Vc是控制电
压端(5脚)，平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，再不接外加电压时，通常接一个0.01uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。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。由555定时器构成的秒脉冲发生器只需改变R1,R2,C的值就可决定脉冲宽度。如图2所示：
图2 秒脉冲发生器
3.2计数器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供五秒的定时信号和二十五秒的定时信号 ，分别从U7D和U6C输出。
计数器选用集成电路74HC163进行设计。74HC163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。图1-4中，MR是低电平有效的同步清零输入端，LOAD是低电平有效才同步并行置数控制端，，PE、TE是计数状态选择端，RCO是进位输出端，P0～P3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。
图3 计数器原理图
3.3 控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。控制器的状态转换表，如表所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为U5A和U5B，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝ 00状态时，如果U7D＝ 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝ 01状态。这两种情况与条件U7D无关，所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推，同时表中列出了状态转换信号ST。控制器逻辑图如图所示。
表1控制逻辑图
根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到.
根据以上所得，选用数据选择器 74HC153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74HC153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。图中R、C构成上电复位电路 。
控制器原理图如图1-5所示。由两个双多路转换器和一个双D触发器组成控制器。触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互转换。
原理为：CP分别送给U8A和U8B的3和11的清零端。将U5A接入U8的5和U5B的4和5；T/Y/接入U8的4。如上图所示：FF1,FF0两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。选用74HC153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到74HC153数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。
图4 控制器原理图
3.4总图
经过以上各部分电路的方针与调试，现将绘出总体电路如图5所示。
图5 交通灯设计总图
4 总结
这三周的实习设计，让我深刻的认识到了自己的不足，思维能力欠缺，有理论知识却运用不到实际上去，不知道该如何联系前后之间的关系，但这一次的课程设计实习，也让我明白了该如何学习我的专业课程，虽然这次的实习多我来说很不理想，大部分都来自同学的帮忙，但我体会到了这门课程的内容丰富，自己以前学的真是九牛一毛，简直无法媲美。以后我一定要加强自己的专业课程学习，不再做只为考试而努力的人，而是成为一个能付诸实践的人。
这次实习我对自己沮丧过，失望过，放弃过，第一次自己设计一点思路也没有，三周的时间也就那么几天是自己认真完成我发现自己对所学的东西都太陌生了，各种芯片的功能，用途，如何使用，怎么使用，我一无所知。以后，我会好好努力的。以上是我的总结与体会。
参考文献
[1]康华光，邹寿彬.《电子技术基础&数电部分》（第五版）北京:高等教育出版社,2006. [2]田泽正.《电路CAD实用教程》北京：化学工业出版社，2005. [3]叶挺秀.应用电子学［Ｍ］.杭州：浙江大学出版社，1994.
[4]崔建明，陈惠英，温卫中.《电路与电子技术Multisim10.0仿真》中国水利水电出版,2009 [5]卞小梅.《电子技术基础》北京：电子工业出版社,2001
附录二
附录一
交通灯设计总图
交通灯仿真电路图
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