课程设计报告

课程名称：     数字电路课程设计       

设计题目：     交通灯控制系统          

院 （部）：   机械与电子工程电学院     

专    业：                              

学生姓名:                               

学    号:                               

起止日期: 2012年6月7日-201年6月22日

指导教师:          华贵山            

目录

摘要………………………………………………………………..

关键词……………………………………………………………

1……………………………………………………………………..

       1.1………………………………………………………….

       1.2………………………………………………………………

2………………………………………………………………………….

       2.1……………………………………………………..

       2.2………………………………………………………

………………………………………………………………………………….

课程设计报告书一般有如下内容：

1.  目录

目录是将报告书内的章节标题依次排列。

2.  需求分析

主要内容包括本课程设计题目、课程设计任务及要求、课程设计思想、软硬件运行环境及开发工具。

3.  概要设计

主要叙述本课题设计的流程图（各功能模块）、主要的数据结构、完成本课程设计所用方法及其原理的简要说明。

4.  详细设计

主要是本课题所需要的硬件设计与软件设计，包含建立设计所需的数学模型并列出必要的计算公式、计算过程及说明，硬件电路的设计与实现，写出设计计算结果；绘出计算机程序框图，写出自编的程序。

5.  调试与操作说明

系统调试分析与操作使用说明。

6.  课程设计总结与体会

主要对本课题开发过程进行归纳和总结，本课题在设计过程中所遇到的技术难点及解决方法。还应包括本课题尚存在的问题，以及进一步开发的见解与建议。并写出通过本次课程设计的收获和体会。

7.  致谢

以简短的文字对在设计研究和设计报告撰写过程中曾直接给予帮助的人员表示自己的谢意

8.  参考文献

为了反映论文的科学依据和作者尊重他人研究成果的严肃态度以及向读者提供有关信息的出处，应列出本课程设计所涉及的主要参考文献。

9.  附录

有些材料编入文章主体会有损于编排的条理性和逻辑性，或有碍于文章结构的紧凑和突出主题思想等，可将这些材料作为附录编排于全文的末尾。

交通灯控制系统

摘要：本文着眼于目前普遍应用在城市道路上的交通灯控制系统，设计了一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路。进行交通灯状态变换的分析和交通灯总体框架的设计。

关键词：交通灯   控制电路   proteus 仿真   电路设计

1引言

1.1设计任务

首先设计让倒计时显示器按规律运行的电路，再通过倒计时电路的信号来控制交通灯按4 种状态循环变换。电源电路采用9V 变压器、整流桥和稳压管，使220V 的交流电转换为5V 的直流电。4Hz 方波脉冲由555 定时器产生，再由74LS193 实现4 分频，最终输出1Hz 的脉冲信号；用两块74LS193 实现倒计时，一块显示十位，一块显示个位，用2 个D 触发器74HC74实现30s，20s，5s 时间的转换；利用倒计时电路控制4 个状态。最后通过74LS138 和相应的逻辑门实现对交通灯亮灭的控制。

1.2 要求

设计一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路。

要求如下：

（1）南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30s、支干道每次通行间为20s；

（2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）；

（3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5s 钟，才能变换运行车道；

（4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；

（5）同步设置人行横道红、绿灯指示。

（6）设计相关提示：所设计的交通路口为一十字路口，不涉及左右转弯问题

2 交通灯控制电路分析

2.1交通灯运行状态分析

交通灯控制电路，要求每个方向有三盏灯，分别为红、黄、绿，配以红、黄、绿三组

时间到计时显示。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。每盏灯顺序点亮，循

环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运行状态共有四种，分别为：

状态0：东西方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；南北方向车道的红灯亮，车道，

人行道禁止通行。   

状态1：东西方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道，

人行道禁止通行；   

状态2：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；   

状态3：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；

4 种状态循环往复，并且红灯的倒计初始值为绿灯的倒计初始值和黄灯的倒计初始值

之和。交通灯电路的具体运行状态框图如图2.1(人行道交通灯未标明)所示：

图2.1 交通灯运行状态分析图

2.2电路工作总体框图

交通灯控制电路主要由以下几部分构成，如图2.2 所示，有电源电路，脉冲电路，分

频电路，倒计时电路，(交通灯)状态控制电路，灯显示电路。

3所需各部分电路设计

3.1电源电路：电源电路主要由整流、滤波、稳压三部分组成，用于供给数字电路的工作电源。整流部分由变压器与整流桥KBP210G 组成。220V、50Hz 的交流输入经过变压器之后，输出9V、50Hz 的交流电压。该电压输入整流桥，整流桥由四只整流二极管接成电桥的形式组成。整流桥输出8.1V 的直流电压。滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，由1mF 的电容组成电容滤波电路。电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适合负载电压较高，负载变动不大的场合。稳压电路用于稳定电压的输出，由三端集成稳压器L7805 和电容组成。C2、C3 用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，C4 用于减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。

图3.1 稳压电源

3.2脉冲电路：利用555 定时器为主组成多谐振荡器，输出4Hz 的矩型方波，实现脉冲电路功能。555 定时器的原理图如图3.2 所示，功能表如表1 所示：

图3.2 555 定时器原理图

组成的脉冲电路如图3.3 所示：

根据功能表和电路图计算如右式：

取R1=10kW，R2=10 kW，C=1.6uF。即可实现输出4Hz 的矩型方波。值得注意的是，在输出端接上了一个开关，可以控制系统工作的开始和暂停。

3.3 分频电路

分频电路利用计数器74LS193 来实现，根据上面计算取4 分频，即输出为2 Q 端，电

路如图3.4 所示：

3.4倒计时电路：十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每s 减1 的计数方式工作，直至减到数为5和0，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。根据题目的要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30s、支干道每次通行时间为20s。也就是一个循环是50s，如此先显示30s 后显示20s 倒计时，然后再显示30s 倒计时，以此类推。设计时采用两块74LS193，一块是显示十位，一块是显示个位。个位接成十进制，从9 开始倒计时，当到达0 时，向高位发出一个借位信号，再继续从9 倒计时。一开始使十位数置数为3，二进制为0011，个位数为0，二进制为0000，此时个位产生一个借位信号给十位的脉冲输入端，十位的74LS193 芯片倒计时一次，结合个位的设置，电路从30 开始倒计时。当主车道绿灯亮了25s，倒计时也已经数到了5 了，此时，个位显示5，十位显示0，主车道的绿灯熄灭，主车道的黄灯开始倒计时闪亮5s，当倒计时到0 后，个位芯片74LS193 发出一个借位信号，向高位借数，但是高位已经是0 了，按照要求此时十位应该是从0 翻2，即二进制0010，为了实现这功能，通过研究十位的二进制数发现，十位的二进制是从0011、0010、0001 到0000 计数完，翻转为二进制0010，然后从0010、0001 到0000 倒计时，当到0000 后就结束一个循环，又从0011 开始新的一个循环。从二进制0011 和0010 两个不同的预置数，发现可以用1 个D 触发器74LS74 接成T 触发器并把Q 端接至十位倒计时的最低位来完成这个功能。高位产生借位信号时将Q 端的信号置入，当这个借位信号（低电平）消失后，产生一个上升沿的脉冲信号，使T触发器翻转然后保持，下一个借位信号来时就把此时的Q 值置入（此时Q 值为原来的非，即由0 变1 或由1 变0），然后翻转。通过以上置数方式可实现0011 和0010 的交替置入。另外，通过在特定时刻（倒计时高位由0000 变为0010 后）对T 触发器进行清零，可实现主次干道通行时间的调整。最后将电路的倒计时接到译码器74HC4511，再接到共阴极数码显示管上显示十进制数字。据此画出倒计时电路如下图——图3.5 所示：

3.5状态控制电路

如图2.1，用倒计时控制灯的变化，先将图示状态0、1、2、3 编码为00、01、10、11，当倒计时为30、20、5 的时候产生一个信号给状态转换的电路，而这个信号是电平信号的话就很难实现，所以又用了边沿触发，此时用计数器表示状态，取其低两位的计数态00、01、10、11 为灯的状态，这样的话，来一个边沿信号就能使计数器加一，实现上述四状态转换。画出状态控制电路信号转换表如下表——表2 所示：

                                                   

                                                             图3.6 状态控制电路

3.6灯显示电路

首先要把控制的脉冲接入计数器74LS193 的非减数的脉冲端，因为脉冲主要有四个，四个为一个循环，只取计数器的低位两位即可，除了让计数器工作的接入端需要接电平外，其他端都不用接，再将计数器的低两位接入译码器74LS138 的低位两端，从译码器输出四位0 y 、1 y 、2 y 、3 y 信号，低电平有效，每一种低电平表示一种状态，用1 G 、1 Y 、1 R 表示主干道的绿灯、黄灯、红灯，用2 G 、2 Y 、2 R 表示支干道的绿灯、黄灯、红灯，用12 G 、12 R 表示主干道方向上的人行道，用22 G 、22 R 表示支干道上的人行道，得出状态表如下表­­——表3 所示。

 

为了让黄灯能每s 闪亮一次，可以在黄灯那里加入一个与门，把黄灯发亮的信号当成是与门的开通信号，与门的另一端接入时间脉冲，那么黄灯就可以实现每s 闪亮一次的功能了。画出灯显示电路如图3.7 所示：

3.7 总体电路图：根据上面各功能电路的设计整合，用proteus 仿真软件画出总体电路图如3.8 所示：

                             

                                                 图3.8 交通灯控制电路

4结束语

由于知识的局限性，大部分设计思想和电路都是参照书本，设计的电路可能只是理论上的东西，是纸上谈兵，要真的实现，对于对数字逻辑知识整体掌握很少的我可能还有一定的困难，并且，这样的设计方法和电路能是相对误差较小，不会影响整个系统的功能。

参考文献

（1）康华光.电子技术基础模拟部分.第5 版.北京：高等教育出版社，2006 .485-500

（2）刘明丹. 基于数字电路对交通灯控制的研究与设计. 2005

（3）任中民. 交通灯数字控制系统的电路设计. 2005

第二篇：数电实验报告

北京邮电大学

数字电路与逻辑设计实验

实验报告

实验名称：QuartusII原理图输入    

          法设计与实现   

     学    院：

     

     班    级：    

    

     姓    名：

    

     学    号：

 

一、实验名称：QuartusII原理图输入法设计与实现

二、实验目的：

⑴熟悉用QuartusII原理图输入法进行电路设计和仿真。

    ⑵掌握QuartusII图形模块单元的生成与调用；

    ⑶熟悉实验板的使用。

三、实验任务要求：

⑴掌握QuartusII的基础上，利用QuartusII用逻辑门设计实现一个半加器，生成新的半加器图像模块。

    ⑵用实验内容（1）中生成的半加器模块以及逻辑门实现一个全加器，仿真验证其功能，并能下载到实验板上进行测试，要求用拨码开关设定输入信号，发光二级管显示输出信号。             

四、设计思路和过程

1、半加器的设计实现过程：

⑴半加器的应有两个输入值，两个输出值。a表示加数，b表示被加数，s表示半加和，co表示向高位的进位。

     ⑵由数字电路与逻辑设计理论知识可知; ，

选择两个逻辑门：异或门和与门。a,b为异或门和与门的输入，S为异或门的输出，C为与门的输出。

⑶利用QuartusII仿真实现其逻辑功能，并生成新的半加器图形模块单元。下载到电路板，并检验是否正确。

2、全加器的设计实现过程：

⑴全加器可以由两个半加器和一个或门构成。全加器有三个输入值a,b,c，两个输出值s,co：a为被加数，b为加数，c为低位向高位的进位。

⑵全加器的逻辑表达式为：

      

     ⑶利用全加器的逻辑表达式和半加器的逻辑功能，实现全加器。四、实验原理图

⑴半加器的原理图：

⑵全加器的原理图：

五、仿真波形图

⑴半加器的仿真波形图：

⑵全加器的仿真波形图：

六、仿真波形图分析

⑴半加器仿真波形图分析：

      当半加器的2个输入端都输入0时，即a=b=0时，则有输出：半加和s=0，进位端co=0。

      当半加器2个输入端有一个为1时，即a=1,b=0 或a=0,b=1时，则有输出：半加和s=1，进位端co=0。

      当半加器2个输入端都为1时，即a=b=1时，则有输出半加和s=0，进位端进位co=1。

 ⑵全加器仿真波形图的分析：

      当全加器a,b  2个输入端都输入都为0，若低位进位c为0，即输出为s=co=0。若低位进位为1，则输出s=1,co=0。

      当全加器2个输入端有一个输入为1，即a=1,b=0或即a=0,b=1若低位进位为0，即c=0则输出s=1,co=0。若低位进位为1，即c=1则输出s=0,co=1。

      当全加器2个输入端都输入都为1，若低位进位为0，即c=0，则输出s=0,co=1, 若低位进位为1，即c=1,则输出s=1,co=1.

七、故障及问题分析

实验过程还算顺利，下面来讨论实验中需要注意的地方。

仿真实验中需要注意的地方：

⑴ 始仿真波形时，需注意设定END TIME，否则无法进行仿真。

⑵ 在做第二个实验的时候应重建一个工程，否则将继续运行上一个工程。

⑶ 将设计好的逻辑电路下载到实验板之前，应设定好引脚。注意实验板上输入端和输出端对应的引脚号。

八、总结和结论

     通过本次实验我慢慢掌握了QuartusII这一软件的一些基本功能。实验学习中，我懂得了如何理解并将理论课上所学的知识运用在实验中并得到验证，更加懂得了细节的重要性，对数字电路与逻辑设计的知识有了更加全面的认识。