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数字电子技术课程设计—交通信号灯

1、课程设计目的

⑴培养学生的数字电路的设计能力。

⑵掌握交通信号灯控制电路的设计、组装和调试方法。

2、课程设计内容和要求

⑴设计一个交通信号灯的控制电路，要求：

①主干道和支干道交替放行，主干道车流量大，每次放行30S，支车道流量小，

每次放行20S。

②每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5S，此时原红灯不变。

③用十进制数字显示放行及等待时间。

⑵用SSI和MSI器件组成交通信号灯控制电路，并在DICE-3实验箱上进行组

装和调试。

⑶画出各单元电路图，整机逻辑框图和逻辑电路，写出设计实验总结报告。

3、交通信号灯的基本原理

十字路口的红绿灯灯指挥着行人和各种车辆的安全通行，示意图如下，有一个

主干道和一个支干道，每边都设置了红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿

灯亮可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，各方向车辆都停止通行。

要实现上述交通信号灯的自动控制，电路中应有主控制器、计数器、时钟信号

发生器、计时器、8421BCD译码器和数码显示器、信号灯译码驱动器几部分电路组

成，整机电路原理框图如实训图2

⑴时钟信号发生器（秒信号发生器）

数字系统是靠时钟信号来工作的，是主控制器和计时器的工作信号，获得脉冲

的方法有两种，一是用多谐振荡器直接产生，另外是利用整形电路将其它周期性波

形转换成矩形脉冲，多谐振荡器的电路有多种形式，RC环形多谐振荡器，555定时

器构成的多谐振荡器，CMOS多谐振荡器，秒信号发生器等。在此我们提供了555

定时器构成的多谐振荡器的参考电路。

要获得周期为1秒的矩形波，运用公式T=0.7（R1+2R2）C1合理电阻和电容的

值取C1=0.01μF，则R1+2R2=？

⑵主控制器

十字路口车辆通行有如下时序图：

①开始设主干道通行（主绿亮）支干道不通行（支红亮）持续时间30S；

②30S后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄与支红亮，持续时

间5S；

③5S后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红与支绿亮，持续时间

20S；

④20S后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红与支黄灯亮，持续

时间5S，5S后又回到第一种情况，如此循环反复。状态转换如下。

设S=00，S=01，S=10，S=11，实现这4个状态的电路可用两个触发器构成，

0123

也可用计数器构成，本实训采用了异步二十进制计数器74LS90来实现，采用了

反馈归零法实现4进进制计数器，从输出端QQ得到所要求的四个状态,逻辑电路

BA

图如实训图5所示，并用X=Q，X=Q。

1B0A

⑶计数器

计数器的作用：一、根据主干道和支干道车辆运行时间和黄灯切换时间要求进

行30S、20S、5S计数；二、向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转

换信号进行状态转换。计数器一方面用秒脉冲信号外，还应受主控制器的状态控制，

计数器工作情况：计数器在主控制器进入状态S0时开始３０Ｓ计数，３０Ｓ后产

生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态

S1，计数器开始５Ｓ计数5Ｓ后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，

使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始2０Ｓ计数，2０Ｓ后也产生归

零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S3，

计数器又开始５Ｓ计数5Ｓ后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，

使计数器归零，主控制器回到状态S0又开始新一轮循环。

从以上分析中，容易求得30S、20S、5S计数器的归零函数A、B、C

而L=A+B+C取反后送到主控制器的时钟端作为主控制器的状态转换信号，计

数器的电路图如实训图6。

⑷信号灯的译码电路

主控制器的四种工作状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭，灯亮

为1，灯