武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书

一.方案分析与选择

1.1 任务说明

1）要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行（以红绿灯指示）；变更车道以前，黄灯先亮5秒钟，黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次；两个车道均以减计数方式显示时间，用2位数码管显示。

2）两车道的灯亮时间关系为：甲车道绿、黄、红灯亮的时间分别为m秒、5秒、n秒；

乙车道绿、黄、红灯亮的时间分别为n－5秒、5秒、m＋5秒。m和n可以预置。

1.2 初步思路

1）可令m=60，n=25，即甲道路绿、黄、红灯亮的时间分别为60秒、5秒、25秒；乙道路绿、黄、红灯亮的时间分别为20秒、5秒、65秒。

2）可用LED模拟交通灯

3）甲乙道路交通灯时序应该符合下图要求：

图1.1 交通灯时序要求

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1.3 方案分析

1.3.1 方案一

图1.2为交通灯控制器的一个参考设计方案，在这一方案中，系统由控制器、定时器、秒脉冲信号发生器、信号灯组成。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要的标准信号，译码器输出两路信号灯的控制信号。

图1.2 参考方案

Tl和Ty为定时器的输出信号，St为控制器的输出信号.

Tl：表示主道路或次道路绿灯亮的时间间隔，即车辆正常通行的时间间隔。定时到Tl=1，否则Tl=0.

Ty：表示黄灯亮的时间间隔，定时到，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一个工作状态的定时。

1.3.2 方案二

利用单片机来实现：

该系统要求正计时，状态等显示等功能，可完全采用数码管显示。题目中要求在支干道无车辆通行时，处于常禁止通行状态，主干道此时处于常通行状态。可以直接在IO口线上接上按键开关。交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O口就可以实现。利用单片机设计精简和优化了电路。但是，需要对单片机进行编程。

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1.4 最终方案选择

方案比较：使用方案二利用单片机实现交通信号灯控制器，焊接起来比较简单，要进行编程，然后刻进单片机。使用中规模集成芯片实现交通信号灯控制器，思路明确，但是焊接时比较繁琐，电路比较复杂容易出错。

由于以前虽然接触过单片机，但是个人觉得数电课设用单片机实现好像不太合适，因此我选择了方案一。

根据设计要求，甲道路绿、红、黄灯亮的时间分别为60s、25s、5s，乙道路绿、红、黄灯亮的时间为20s、65s、5s。方案一可以通过能自动装入不同定时时间的定时电路以完成定时任务。

下面是甲乙两条道路的循环真值表：

表1-1 甲道路循环真值表

状态（Q1Q0） 01 10 00 G（绿灯） 1 0 0 甲道路 Y（黄灯） 0 1 0 R（红灯） 0 0 1 表1-2 乙道路循环真值表

状态（Q1Q0） 01 10 00

G（绿灯） 0 1 0 乙道路 Y（黄灯） 0 0 1 R（红灯） 1 0 0 此方案是将甲乙两道路的状态分别用两块芯片控制，可用两块十进制计数器分别完成甲乙道路的状态循环功能。再使用两块减数计数芯片完成两位数的倒计时，同时通过各自的状态循环模块来控制要预置到倒计时模块的秒数，00,01,10，三种状态分别控制不同的秒数。将甲乙两道路分开后，两者之间不再相互影响。

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二. 单元电路的设计和元器件的选择

2.1电路流程图

根据实际的交通信号灯，设计一个交通灯信号控制器。甲、乙车道交替通行，甲车道每次放行20秒，乙车道放行60秒，绿灯亮表示通行，红灯表示停止。每次绿灯变红时黄灯先亮5秒。该交通灯控制系统的组成框图如下图2-1所示。状态控制器主要记录交通灯的工作状态，通状过状态译码器点亮相应状态的信号灯，秒信号发生器产生整个定时系统的时间脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到每一种工作状态持续时间。减法计数器的减进位脉冲使状态控制器完成状态转换，同时减进位根据系统下一个工作状态决定下一次减计数的初始值。减法计数器的状态由bcd译码器译码，数码管显示。

最终将整个系统分为秒脉冲模块、状态循环模块、倒计时模块、置数模块、译码显示模块。由于除了秒脉冲模块共用外，甲乙道路的其他模块电路基本相似，只有预置数和红绿灯亮灭顺序不同，因此之后的模块功能说明只以甲道路的部分做说明。

图2.1 电路流程图

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