信息与电气工程学院
课程设计说明书
（2011/2012 学年第 2 学期）
课程名称 ：电子技术课程设计
题
目 ：交通信号灯控制电路
专业班级 ：自动化
河北工程大学
学生姓名 ：
学
号：
指导教师 ：
设计周数 ：
2
设计成绩 ：
2012 年 7
月 3
日
目录 1、 设计目的...................................................................................................................3 2、 原理和功能介绍.......................................................................................................3 2.1 简单功能............................................................................................................3 2.2 简单原理............................................................................................................4 3、主要模块设计............................................................................................................6 3.1 秒脉冲发生器....................................................................................................6 3.2 数字计数器.........................................................................................................7 3.3 显示器.................................................................................................................7 3.4 控制器 ...............................................................................................................8 4、主要元器件...............................................................................................................10 5、心得体会...................................................................................................................11 6、参考文献...................................................................................................................11 7、附录...........................................................................................................................12
1 设计目的
1 通过完成设计任务，掌握实际问题的逻辑分析，学会对实际问题进行逻辑状态分配及化简。
2 掌握一个数字系统问题的控制电路设计要求及信号之间的配合。
3 掌握数字电路各分部电路与总体电路的设计，调试及模拟仿真方法。
4 掌握一个较复杂电路在实现时，出现问题时分析电路与解决方法；学会模块化，层次化进行电路设
计的方法。
2. 功能和原理介绍
红绿灯交通信号系统外观示意图 [1]在十字路口的两个方向上各设一组红绿灯，显示顺序为其中一方向是绿灯、黄灯、红灯；另一方向是红灯、绿灯、黄灯。
[2]设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上绿灯亮的时间是 34s，另一个方向上绿灯亮的时间是 24s，黄灯亮的的时间都是 1s。
2.1 简单功能
1.实现红绿灯的交通管制功能；
2.在红绿灯交换的前 1 秒，由黄灯提示司机注意，准备停车，且此时绿灯熄灭； 3.可适应主次干道不同的车流量的需要，拟设计主干道的车辆通行时间为 34 秒，支干道的车辆通行时间为 24 秒；
4.采用倒计时的方式，提示司机剩余时间。
2.2、 、 简单原理
总体方案原理图
555 时钟信号发生器产生一个以秒为单位的 CP 脉冲，计数器 CD4510 接受 CP 脉冲，实现异步计时。通过连接计数器输出端与译码驱动电路，在数码管上显示倒计时。将两片计数器的进位输出 CO 取反用以控制其自身循环置数，又两片进位输出 CO 与后状态控制器 CD4510 的脉冲信号，由此，状态从 00 变至 01，历时 34s；从 01 至 10， 历时 1s；从 10 至 11，历时 24s；再从 11 变至 00，历时 1s，依次循环。单元电路设计：
3 、主要模块设计 3.1 秒脉冲发生器
秒脉冲发生器利用 555 构成多谢振荡器产生 1HZ 矩形方波。实现脉冲功能。构成电路图是
3.2 数字计数器 计数器选用集成电路 CD4510 进行设计较简便。CD4510 为可预置 BCD 可逆计数器，该器件主要由四位具有同步时钟的 D 型触发器（具有选通结构， 提供 T 型触发器功能）构成。具有可预置数、加减计数器和多片级联使用等功能。
CD4510 具有复位 CR，置数控制 LD、并行数据 D0～D3、加减控制 U/ D 、时钟 CP 和进位 CI 等输入。CR 具有清除控制功能，在使用上具有最高优先权，及当 R=1，则 Q 不论其它输入为何，其输出 QDQCQBQA必皆被清除为 0，令 R=0，正常计数，其接脚图如图 1。当 LD 为高电平时，D0～D3 上的数据置入计数器中，CI 控制计数器的计数操作，当其为 1，则 clock 输入都无效，只有在 Ci=0 时，clock 的正缘 触发才能使计数器计数。此时，若 U/ D 为高电平，在 CP 时钟上升沿计数器加 1 计数；反之，在 CP 时钟上升沿减 1 计数。除了四个 Q 输出外，还有一个进位/错位输出 CO/ BO ，CO 为进位输出端，平常输出都保持在 1，只有在上数计数到 9，或下数计数到 0 时才会变为 0 输出，以作为进位或借位之准备，直到下一个时序信号的正缘输入后才转为 1。因此做计数器串联时，需将个位数 Ci 接地，而将其 Co 接到十位数计数的 Ci 中，如图 2 所示。
倒计时电路用两块 CD4510 来分别计数十位和个位数。其十位数输入脉冲由个位进位输出端提供，另外系统方要求计时电路倒计时 34、24 秒。为实现此功能必须实现十位计数芯片 CD4510 交替置数为 0011、0010。可有一个 D 触发器接成 T 触发器，输出端接到十位计数 4510 的 A 引脚。触发器的输入脉冲由 4510的两个进位输出端经过一个或非门的输出来提供。当倒计时减为 0 时仅为输出端会同时输出一个高电平产生一个上升沿触发 T 触发器翻转，从而实现 34、24S 交替倒计时计数。
3.3 显示器 CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点：具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路，能提供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。
CD4511 引 脚 图 1.CD4511 引 脚 图 其功能介绍如下：
BI：4 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如 何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：3 脚是测试输入端，当 BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1，不 管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否 损坏。
LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。
LE=1 时译码器是 锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。
A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平 1 有效。
2.CD4511 功作原理 （1）CD4511 真值表
（2）锁存功能
译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端 LE 的 电平状态。
当 LE 为“0”电平导通， TG2 截止； LE 为“1”电平时， 当 TG1 截止， TG2 导通，此时有锁存作用。
（3）译码功能 CD4511 译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数 据 B、C 进行组合，得出四项，然后将输入的数据 A、D 一起用或非门译码。
（4）消隐功能
BI 为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使 B 端输出为低电平，字形消隐。
消隐输出 J 的电平为 J= =（C+B）D+BI 如不考虑消隐 BI 项，便得 J=（B+C）D 据上式，当输入 BCD 代码从 1010---1111 时，J 端都为“1”电平，从而使显示 器中的字形消隐。显示电路图如下：
3.4 控制电路
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。
控制模块的所用器件为双 D 触发器 CD4013，由两个相同的，相互独立的 D 型触发器构成。每个触发器有独立的数据，置位，复位，时钟输入和 Q 及 Q 输出，在时钟脉冲上升沿触发时，加在 D 输入端的逻辑电平传送到Q 输出端。置位和复位与时钟脉冲无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。
CD4013 真值表功能：
CL D R S Q Q 非 上升沿 0 0 0 0 1 上升沿 1 0 0 1 0 下降沿 x 0 0 Q Q 非 x x 1 0 0 1 x x 0 1 1 0 x X 1 1 1 1
（2）CD4013 引脚如图所示：
一个 D 有 6 个端子，2 个输出，4 个控制，4 个控制分别为 R,S,CP,D。R 和 S 不能同时为高电平。当 R 为 1，S 为 0 时，输出 Q 一定为 0，因此 R 可称为复位端。当 S 为 1，R 为 0 时，输出 Q 一定为 1.当 S.R 均为 0 时，Q 在 CP 端有脉冲上升沿到来时动作，具体是 Q=D,即若 D 为 1 则 Q 也为 1，若 D 为 0则 Q 也为 0。所以在交通灯的控制电路中 R 和 S 接地，保证有脉冲时，输出随脉冲变化。
（3）交通灯控制电路接线及其功能：
首先必须保证是上升沿进入 CD4013 的时钟脉冲接收端，才能使其正常工作，所以接入一个CD4001。将控制数码管十位的计数器 CD4510 的 P0 端接到 CD4013 的 D 端，当 P0=0 时，经 CD4013 的反向作用使得 Q 非端输出 1，并将 Q 非端和 CD4510 的 P0 端连接，使得其由 0 变为 1，从而实现 0 和 1的交替出现。电路图如下：
6.主 主 要元器件
7. 参考文献 [1]康光华 电子技术基础：数字部分 第五版 高等教育出版社 2005.7 [2]阎石 数字电子技术基础 高等教育出版社 2006.5
8. 心得体会 通过两周的课程设计，我用所学的数字电子技术顺利的完成了交通灯控制器的设计。期间我们也遇到了很多麻烦，如相关元件运用条件不熟、接口不对应、有很多电路图的设计不能完全合理的设计出来等问题，于是我们就分工去图书馆借书查阅资料，上网查找信息，问老师，请教同学，借此学到了很多知识,并利用它们设计了符合要求的信号产生器、计数器、控制电路等，最终把电路图都弄懂了，并把它合理的设计出来。大家心里都有一种说不出的高兴，这也许就是所说的那种成功的愉悦感吧！
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。虽然花了很多时间，但学到了很多东西。我们不仅感到了书本知识与实际问题及需要结合的难处，激发了我在这方面的兴趣，提高了理论结合实际的意识。而且巩固了课堂知识，有效的把理论知识和实际操作结合在了一起，扩展了所学的知识。
同时我们认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
9. 附录
原理图
PCB 图
课程设计 评
语
课程设计 成
绩
指导教师 （签字）
年
月
日
指导教师（签字）：
系主任
（签字）：
院 长
（签字）：
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