目 录
第一章：序言……………………………………… （2）第二章：设计任务书……………………………… （2）第三章：电路组成和工作原理…………………… （3）第四章：设计步骤及方法………………………… （6）第五章：组装调试部分……………………………（11）第六章：总结………………………………………（12）参考文献……………………………………………（12）附录：电路中用到的引脚图………………………（13）
第一章 序 言
随着社会的飞速发展，城市交通问题日益凸显严重，尤其在城市街道的十字叉路口，频繁发生交通问题，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条街上都有一组红、黄、绿交通信号灯。其中红灯亮，表示道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已经过停车线的的车辆继续通行；绿灯亮表示道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口的红、黄、绿交通灯。交通灯通过的状态转换，指挥车辆行人通行，保证车辆行人的安全，实现十字路口交通管理自动化。
第二章 设计任务书
一、设计题目：交通灯定时控制系统的设计与制作 二、设计任务及要求：
设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：
（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。
（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。 （3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。 选做扩展功能：
（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数； （5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。
三、设计内容
1. 电路各部分的组成和工作原理。 2. 元器件的选取及其电路逻辑图和功能。 3. 电路各部分的调试方法。
4. 在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问题，其原因及解决的办法。
第三章 电路组成和工作原理
一．分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
图1. 交通灯控制系统的原理框
图中：TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。
TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。 ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。
交通灯定时控制电路的总逻辑图如下：
图2. 交通灯控制电路的总逻辑图
二．画出交通灯控制系统的ASM （算法状态机）图
一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1：
控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：
AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮； AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮； AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。 由此得到交通灯的ASM 图，如图3所示：
图3. 交通灯控制系统的ASM 图
三：单元电路电路组成
1．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。. 从ASM 图可以列出控制器的状态转换表，如表2所
表
2：
二、定时器——定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）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，向控制器提供模5的定时信号TY 和模25的定时信号TL.
三、译码器——译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
表
3
第四章 设计步骤及方法
一、单元电路的设计
（1）秒脉冲发生器
秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R6,C2的电阻电容值决定了脉冲宽度。
图4 秒脉冲发生器原理图
如图4所示，R6、C2组成一个串联RC 充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C2上得到一个三角波。此三角波送到NE555的2脚输入端。由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。
（2）控制器
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TL 和TY ，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝ 00状态时，如果TL ＝ 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TY 无关，所以用无关项"X" 表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST 。
在本次试验中我选用是双D 触发器74LS74，设计如下：将两个D 触发器的Q ’输出连接各自的输入D 。使得每增加一个时钟信号，输出翻转。将第一个D 触发器的CLK 端接TY 输出，输出即为Q0；将第二个D 触发器的CLK 端接TL 输出，输出即为Q1。这样就可以用简单的方法实现逻辑功能，也就是采用了异步的方式对两个D 触发器其进行了控制。
（3）计数器
计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163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。其功能表如6所示。表中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp 、CTT 是交通灯的ASM 图数控制端，CO 是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图5所示。
其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CP 分别送给两个74LS163的清零端2处。如图所示：输入端3.4.5.6分别接地. 。U1的7和10与U2的15相连。. 即：只有当时15处产生一个高电平脉冲时才能触发U1中的14产生脉冲同时和U3A 中的2下作用产生脉冲。74LS00在ST 中12.13共同作用下将信号11分别送给U1和U2的SR 。可以得到TY 和TY 非是秒脉冲的4倍；TL 和TL 非的结果是秒脉冲的24倍。
图5. 定时器电路图
列出74LS163功能表如下：
表4.74LS163功能表
（4）译码器
采用1片74LS139 芯片、5个非门和2个与门实现。由表2可以得到
AG= Q1’Q 0’ AY= Q1’Q 0 AR= Q1 BG= Q1Q 0 BY= Q 1Q 0’ BR= Q 1’
于是，我们可以用74LS139，即二—四译码器实现以上的逻辑功能。使得
Y0通过非门连接AG
Y1通过非门，再与脉冲信号相与后，连接AY Y2通过非门，再与脉冲信号相与后，连接BY Y3通过非门连接BR Q1直接连接AR Q1通过反相器连接BR
（5）数码显示管
采用
2片74LS48芯片和2个共阴极七段数码管连接到2个74LS163上。用来
显示循环，同时便于后面要进行的调试。
二：画出完整的电路图
三：实验中用到的元器件
第五章 组装调试部分：
一．主要仪器：函数发生器、万用表 二．调试电路的方法和技巧：
首先，断电后进行通路测试，查看电路是否有短路，是不是有虚焊。
接下来，对所连接电路与仿真图进行初步的对照，看是不是有链接错误。
随后通电对电路进行检查，看是否正常。如果不正常，对芯片进行每根引脚的检查，检查引脚高低电平时否与逻辑正常。 我在调试中出现的故障、原因及如何解决的：
对于我的电路，开始我用万用表测555。很快我的555就出现了方波，我认为我的555接正常了。
我的电路接上电源后只出现一红一绿灯亮，但无论等多久黄灯都不亮。通过引出触发器的两个输出端，接上两个二极管也不出现翻转，随即，我对电路进行了与仿真详细的比对，用了我一天的时间，最终将问题缩小在双D 触发器上，我仔细检查从计数器到触发器之间的电路，未发现问题，至此，电路还是不能出现闪烁，此时的我非常的伤心和困扰。但是在一个大四学长的指导下，我再次检查了555定时器，发现555的电压只是在2.5V~5V间跳变，以至于我的触发器两个输出端未出现翻转。经过仔细检查，发现我的两个电容10uf 和0.1uf 用反了。改正之后，我的黄灯开始闪烁了，但闪烁规律不正常，我在确定电路没问题的情况下，我和其他同学换了两片163的芯片，然后换了一片7474，至此我的电路正常了。红黄绿灯都闪烁的很正常，此刻的我心情真的很激动。庆幸的是我的器件还算正常，除了一个74LS163时好时坏和7474有问题外，其他器件都正常，随意我能都比较快的做出结果。利用剩下的时间我用两个导线制作了复位键。
三：总结设计电路的特点，并提出改进意见： 我的电路特点：
优点：逻辑部分简单，比资料中的的方法省去2个74LS153。
缺点：鉴于时间的问题，我没有做实验的扩展部分。我电路的交通灯显示的正常与否，取决于Q0、Q1的初始值。若果Q0、Q1的初始值为0，则正常显示；但如果其初始值不为0，则显示错误，具体表示就是黄灯的时间和绿灯的持续时间将会调换。
改进的方法：所以我选择连接了复位键。将74LS163的清零端和74LS74的置零端连接到一个高低电平可以切换的开关处，够成复位键。
第六章 总结
经过两周的努力，我终于完成了电子课程设计——交通灯定时控制电路系统。通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。
经过这次课程设计，我学到很多东西。社会的不断发展电子产品 实践
使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。
在这次课程设计中，我学会了Multisim 的使用和操作, 学会了如何利用网络资源, 学会了怎么看电路图, 读电路图, 这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。
附录：
参考文献：
《电子技术基础》（数字部分）康华光主编 华中理工大学电子学教研室 《电子技术基础》（模拟部分）康华光主编 华中理工大学电子学教研室 《现代电子技术实践课程指导》谢云 易波主编 机械工业出版社 《电子技术试验与课程设计》 毕满清主编 机械工业出版社
电路中用到的引脚图：
555定时器引脚图 74LS08引脚图
74LS04引脚图 74LS74
引脚图
74LS163引脚图
74LS139引脚图
目 录
第一章：序言……………………………………… （2）第二章：设计任务书……………………………… （2）第三章：电路组成和工作原理…………………… （3）第四章：设计步骤及方法………………………… （6）第五章：组装调试部分……………………………（11）第六章：总结………………………………………（12）参考文献……………………………………………（12）附录：电路中用到的引脚图………………………（13）
第一章 序 言
随着社会的飞速发展，城市交通问题日益凸显严重，尤其在城市街道的十字叉路口，频繁发生交通问题，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条街上都有一组红、黄、绿交通信号灯。其中红灯亮，表示道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已经过停车线的的车辆继续通行；绿灯亮表示道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口的红、黄、绿交通灯。交通灯通过的状态转换，指挥车辆行人通行，保证车辆行人的安全，实现十字路口交通管理自动化。
第二章 设计任务书
一、设计题目：交通灯定时控制系统的设计与制作 二、设计任务及要求：
设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：
（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。
（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。 （3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。 选做扩展功能：
（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数； （5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。
三、设计内容
1. 电路各部分的组成和工作原理。 2. 元器件的选取及其电路逻辑图和功能。 3. 电路各部分的调试方法。
4. 在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问题，其原因及解决的办法。
第三章 电路组成和工作原理
一．分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
图1. 交通灯控制系统的原理框
图中：TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。
TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。 ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。
交通灯定时控制电路的总逻辑图如下：
图2. 交通灯控制电路的总逻辑图
二．画出交通灯控制系统的ASM （算法状态机）图
一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1：
控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：
AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮； AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮； AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。 由此得到交通灯的ASM 图，如图3所示：
图3. 交通灯控制系统的ASM 图
三：单元电路电路组成
1．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。. 从ASM 图可以列出控制器的状态转换表，如表2所
表
2：
二、定时器——定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）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，向控制器提供模5的定时信号TY 和模25的定时信号TL.
三、译码器——译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
表
3
第四章 设计步骤及方法
一、单元电路的设计
（1）秒脉冲发生器
秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R6,C2的电阻电容值决定了脉冲宽度。
图4 秒脉冲发生器原理图
如图4所示，R6、C2组成一个串联RC 充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C2上得到一个三角波。此三角波送到NE555的2脚输入端。由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。
（2）控制器
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TL 和TY ，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝ 00状态时，如果TL ＝ 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TY 无关，所以用无关项"X" 表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST 。
在本次试验中我选用是双D 触发器74LS74，设计如下：将两个D 触发器的Q ’输出连接各自的输入D 。使得每增加一个时钟信号，输出翻转。将第一个D 触发器的CLK 端接TY 输出，输出即为Q0；将第二个D 触发器的CLK 端接TL 输出，输出即为Q1。这样就可以用简单的方法实现逻辑功能，也就是采用了异步的方式对两个D 触发器其进行了控制。
（3）计数器
计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163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。其功能表如6所示。表中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp 、CTT 是交通灯的ASM 图数控制端，CO 是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图5所示。
其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CP 分别送给两个74LS163的清零端2处。如图所示：输入端3.4.5.6分别接地. 。U1的7和10与U2的15相连。. 即：只有当时15处产生一个高电平脉冲时才能触发U1中的14产生脉冲同时和U3A 中的2下作用产生脉冲。74LS00在ST 中12.13共同作用下将信号11分别送给U1和U2的SR 。可以得到TY 和TY 非是秒脉冲的4倍；TL 和TL 非的结果是秒脉冲的24倍。
图5. 定时器电路图
列出74LS163功能表如下：
表4.74LS163功能表
（4）译码器
采用1片74LS139 芯片、5个非门和2个与门实现。由表2可以得到
AG= Q1’Q 0’ AY= Q1’Q 0 AR= Q1 BG= Q1Q 0 BY= Q 1Q 0’ BR= Q 1’
于是，我们可以用74LS139，即二—四译码器实现以上的逻辑功能。使得
Y0通过非门连接AG
Y1通过非门，再与脉冲信号相与后，连接AY Y2通过非门，再与脉冲信号相与后，连接BY Y3通过非门连接BR Q1直接连接AR Q1通过反相器连接BR
（5）数码显示管
采用
2片74LS48芯片和2个共阴极七段数码管连接到2个74LS163上。用来
显示循环，同时便于后面要进行的调试。
二：画出完整的电路图
三：实验中用到的元器件
第五章 组装调试部分：
一．主要仪器：函数发生器、万用表 二．调试电路的方法和技巧：
首先，断电后进行通路测试，查看电路是否有短路，是不是有虚焊。
接下来，对所连接电路与仿真图进行初步的对照，看是不是有链接错误。
随后通电对电路进行检查，看是否正常。如果不正常，对芯片进行每根引脚的检查，检查引脚高低电平时否与逻辑正常。 我在调试中出现的故障、原因及如何解决的：
对于我的电路，开始我用万用表测555。很快我的555就出现了方波，我认为我的555接正常了。
我的电路接上电源后只出现一红一绿灯亮，但无论等多久黄灯都不亮。通过引出触发器的两个输出端，接上两个二极管也不出现翻转，随即，我对电路进行了与仿真详细的比对，用了我一天的时间，最终将问题缩小在双D 触发器上，我仔细检查从计数器到触发器之间的电路，未发现问题，至此，电路还是不能出现闪烁，此时的我非常的伤心和困扰。但是在一个大四学长的指导下，我再次检查了555定时器，发现555的电压只是在2.5V~5V间跳变，以至于我的触发器两个输出端未出现翻转。经过仔细检查，发现我的两个电容10uf 和0.1uf 用反了。改正之后，我的黄灯开始闪烁了，但闪烁规律不正常，我在确定电路没问题的情况下，我和其他同学换了两片163的芯片，然后换了一片7474，至此我的电路正常了。红黄绿灯都闪烁的很正常，此刻的我心情真的很激动。庆幸的是我的器件还算正常，除了一个74LS163时好时坏和7474有问题外，其他器件都正常，随意我能都比较快的做出结果。利用剩下的时间我用两个导线制作了复位键。
三：总结设计电路的特点，并提出改进意见： 我的电路特点：
优点：逻辑部分简单，比资料中的的方法省去2个74LS153。
缺点：鉴于时间的问题，我没有做实验的扩展部分。我电路的交通灯显示的正常与否，取决于Q0、Q1的初始值。若果Q0、Q1的初始值为0，则正常显示；但如果其初始值不为0，则显示错误，具体表示就是黄灯的时间和绿灯的持续时间将会调换。
改进的方法：所以我选择连接了复位键。将74LS163的清零端和74LS74的置零端连接到一个高低电平可以切换的开关处，够成复位键。
第六章 总结
经过两周的努力，我终于完成了电子课程设计——交通灯定时控制电路系统。通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。
经过这次课程设计，我学到很多东西。社会的不断发展电子产品 实践
使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。
在这次课程设计中，我学会了Multisim 的使用和操作, 学会了如何利用网络资源, 学会了怎么看电路图, 读电路图, 这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。
附录：
参考文献：
《电子技术基础》（数字部分）康华光主编 华中理工大学电子学教研室 《电子技术基础》（模拟部分）康华光主编 华中理工大学电子学教研室 《现代电子技术实践课程指导》谢云 易波主编 机械工业出版社 《电子技术试验与课程设计》 毕满清主编 机械工业出版社
电路中用到的引脚图：
555定时器引脚图 74LS08引脚图
74LS04引脚图 74LS74
引脚图
74LS163引脚图
74LS139引脚图