数字电路课程设计-----交通灯系统

### 数字电路课程设计——交通灯系统 #### 设计任务和要求 本次课程设计的目标是运用数字电路原理，设计并实现一个简易的交通灯控制系统。该系统需适用于一个由主干道与支干道组成的十字路口，通过设置红、黄、绿三种颜色的信号灯来确保车辆能够安全有序地通行。具体的要求包括： 1. **信号灯配置**：使用红、绿、黄三种颜色的LED灯作为信号灯。 2. **通行控制**：当主干道上的绿灯亮起时，支干道应显示红灯，反之亦然。 3. **时间控制**：主干道和支干道的通行时间分别为30秒和20秒，并且在绿灯变为红灯的过程中，需要有一个5秒的黄灯过渡期。 #### 系统模块功能关系设计 本系统主要包括四个核心模块：主控制器模块、时钟脉冲信号发生模块、计时器与时间显示模块、信号灯驱动模块。这些模块之间相互协作，共同完成交通灯的控制功能。 1. **主控制器模块**：作为系统的核心，负责协调其他各个模块的工作，接收计时器的进位信号，并据此控制信号灯的状态以及计时器的初始化。 2. **时钟脉冲信号发生模块**：用于产生稳定的1秒周期的时钟信号，为整个系统提供时间基准。 3. **计时器与时间显示模块**：实现30秒、20秒及5秒的计时功能，并将当前时间显示出来。 4. **信号灯驱动模块**：根据主控制器模块的指令，控制各个信号灯的亮灭状态。 #### 电路设计计算与分析 1. **时钟脉冲信号的产生** - 时钟脉冲信号由555定时器与电阻、电容组成的多谐振荡器产生。 - 为了得到1秒周期的脉冲信号，可以通过调整电阻和电容的值来实现。例如，选择电容分别为10μF和0.01μF，根据公式\(T=(R_1+2R_2)C\ln2\)计算出\(R_1+2R_2=144kΩ\)，具体可设置\(R_1=39kΩ\)，\(R_2=51kΩ\)。 - 多谐振荡器电路图如上所示。 2. **主状态控制电路** - 主控制器模块是整个系统的心脏，其输入来自主干道和支干道计时系统的进位脉冲，输出则控制信号灯的状态和计时器的初始化。 - 该模块可以采用双D触发器构成二进制加法器，以实现四种状态的循环切换：主绿灯支红灯亮、主黄灯支红灯亮、主红灯支绿灯亮、主红灯支黄灯亮。 - 双D触发器的状态转换图如上所示，其中Q1Q0的状态依次变化为00、01、10、11。 3. **信号灯驱动电路** - 信号灯驱动电路负责根据主控制器的状态，控制各个信号灯的亮灭。 - 假设灯亮状态为“1”，灯灭状态为“0”。主干道的红、黄、绿灯分别用R、Y、G表示，支干道的红、黄、绿灯分别用R、Y、G表示，则信号灯驱动电路的真值表如下： | Q1 | Q0 | R(主) | Y(主) | G(主) | R(支) | Y(支) | G(支) | |---:|---:|------:|------:|------:|------:|------:|------:| | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | - 信号灯驱动电路的具体实现方式如下图所示（图略）。 通过以上的设计与分析，可以构建出一个完整的交通灯控制系统，它不仅实现了基本的红绿灯切换功能，还加入了时间控制与显示功能，使得整个系统更加完善且实用。