交通灯控制电路设计+设计流程图+设计电路图+实物图

   由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。

1、设计目的

1.掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。

2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。

2、设计任务与要求

1.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。

2.当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。

3.主支干道交替允许通行，主干道每次放行30s、支干道20s。设计30s和20s计时显示电路。

4.在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，设置5s计时显示电路。

3、原理电路设计

  (1)设计逻辑流程

(2)方案比较及整体电路

 方案一：  

     根据题目，主支干道红绿灯分时亮可以分成四种状态。若采用两个JK触发器即可满足。

考虑到主支干道计数的不同，需要从计数器那里产生一个信号，来使JK触发器改变状态。

当然可以通过逻辑推导，然后用各种基本的数字器件，如与非门，来产生一个满足要求的信号。但是用到的器件比较多，而且布线较复杂。所以不采用这个方案。

方案二：

鉴于方案一，考虑采用中规模集成电路，因此选择使用了数据选择器。将计数器某个计数到的信号，如5s，接到数据选择器的数据输入端，然后将由JK触发器产生的表明四种状态的信号Q2和Q1接到数据选择器的地址代码端。这个方案解决了方案一的问题，所以采用了这种设计方法。

方案三：

按照JK触发器习惯的接法，由数据输出端来的信号接到J或K，但是若计数器采用置零的方式，信号有效的时间很短，这就要求触发器有较高的扫描频率，但是计数器的频率已经固定是1s，造成同一个频率电路，却需要不同的频率。因此采用直接接进触发器的使能端。至此，确定了最后的方案。

(3)单元电路设计及电路的工作原理

为了便于分析,把一些单元电路从整体电路中分离出来,同时为了电路的简洁明了,分析电路的逻辑时,还把次要的元件暂时移除.单元电路各部分以及功能如下:

控制电路

主控电路是本课题的核心，主要产生30s、20s、5s三个定时信号，它的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路启动。主控电路属于时序逻辑电路，可采用状态机的方法进行设计。

主干道和支干道各自的三种灯（红、黄、绿），正常工作时，只有4种可能，即4种态：

主绿灯和支红等亮，主干道通行，启动30s定时器，状态为00；

主黄灯和支红灯亮，主干道停车，启动5s定时器， 状态为01；

主红灯和支绿灯亮，支干道通行，启动20s定时器，状态为11；

主红灯和支黄灯亮，支干道停车，启动5s定时器，状态为10。

控制电路图如下：

 控制电路产生四种状态原理简述如下：通过Q2和Q1控制数据选择器和1-4译码器，从而选出进位信号，从而通过D型触发器的置1和清0端来改变Q2和Q1，从而达到改变状态。

交通灯显示电路

根据要求，列出真值表如下：

主干道计数显示电路：

依据要求，必须使用两个74LS160计数器才能满足，通过与与非门的组合，从何组成30s，20s和5s三种计数状态。由于主干道由绿灯跳到黄灯时，次干道仍然处于红灯状态，为了主次干道的灯看起来不会有计数的显示混乱，因而采用主次干道相对计数，也就需要四个计数器。

为了能正常显示阿拉伯数字，需要接译码器74LS48，由74LS48是输出低电平有效，所以显示电路中采用共阳数码管。数码管是高亮数码管，宜加上限流电阻，取与发光二极管上的限流电阻一样，取510欧姆。

计数器在脉冲进来时就开始计数，使脉冲宽带为1s，这样就可以按时间计数，达到5s或20s等，利用与非门组成一个进位信号，然后接到数据选择器。通过数据选择器来与主电路联系。

  由于其他计数器的接法与该图的计数器的接法相类似，作为十位的计数器的脉冲由个位计数器的进位信号，通过一个反相器，接到十位的脉冲输入端。

计数显示电路的其中一部分：

时基电路

本设计的电路由于对时基的准确性要求不是很高，故不采用晶振，采用由555为主要器件的多谐振荡器。

电源接通后，UCC通过电阻向电容充电。电容上的电压按指数规律上升，当达到一定电压时，因Uc与阀值输入端TH相连，使比较器1输出翻转，输出电压为0，同时放电管导通放电，达到一定值时，比较器2工作，输出电压变高电平。这样周而复始，形成震荡。

多谐振荡器的震荡周期为  

T=0.7(R1+2R2)C

这里的电容取10u，则电阻RI与R2分别取100k和21k，当然仍然需要接个电位器来替代一般的电阻，这样才能获得较准确的脉冲频率。

具体元件清单：

74LS00      二个           74LS160  四个                 74LS153 一个                  74LS32      一个           74LS74   一个                 74LS139 一个    LM555      一个                电阻若干            电容若干

以上主要采用74LS系列，如果考虑到性价比的因素，可以采用74HC系列功能完全一样，但是性能更强。

调试过程

焊接完成以后，就对时基电路进行测量，发出输出的脉冲不符合要求，直接的反映就是计数器几乎在同一时间，计入两个脉冲。从万用表可以看出，脉冲信号在很短的时间内，有两次跳跃，也就是出现了两次上升沿。为此，接入一个缓冲器，即非门，来调整波形，输出就满足要求。

控制电路焊接比较成功，没有出现焊锡短接的现象，一开始，就能按我原本的设想那样工作。至于显示电路，由于绿灯的要求比较高，而我将它与红灯一样考虑，相对比较暗，但是还是可以接受，所以就没有改动。

总结：

首先，由于考虑不周全，采用按顺序数上去，不太符合生活习惯。在验收时，老师就指出了我的错误，并给予了建议。虽然该设计能实现我预期的功能，由于上述原因，也就大打折扣。

通过这次课程设计，使我对电路设计的流程有比较清晰的了解，也对其中应该注意的问题有所了解，也纠正了我以前的一些错误的看法。比如我以前认为芯片越少，焊接就越容易。其实不然，还要考虑元件相互间的联系程度，由于采用单面板，在线相互交叉，最后只能用跳线，致使板面不美观，同时也降低了抗干扰能力。

电路的设计不是一件简单的事情，需要有严格的逻辑过程和计算过程，同时需要考虑的各种要素，都不能想当然的就下结论。同时也了解到认识元件的重要性，了解稳定和成本这两者之间复杂的构成因素和联系。

附录：

实物图：