基于数字电路的交通灯控制电路课题设计.doc

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1、交通灯的控制电路设计1.设计任务（交通灯的控制电路的主要功能）设计一个十字路口交通信号灯控制器，其主要功能要求如下：（1） 满足如图1顺序工作流程。图1 交通灯顺序工作流程图(t为单位时间) 图中设南北方向的红黄绿灯分别为NSRNSYNSG东西方向的红黄绿灯分别为EWREWYEWG。它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。（2） 应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄绿灯时间之和。时序工作流程

2、图见图2.3所示。图2 时序工作流程图图2.3中，假设每个单位时间为3秒，则南北东西方向绿黄红灯亮时间分别为15秒3秒18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿灯黄灯亮的时间之和。（3） 十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。（4） 可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。 2.总体设计概要 2.1 总体概述为了确保十字路口的车辆顺利畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥，其中红灯（R）亮，表示该

3、条道路禁止通行，黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的系统框图如图1所示。图3 交通灯控制器的系统框图 2.2 控制电路的主要组成及功能概述2.2.1 秒脉冲和分频器因十字路口每个方向绿黄红灯所亮时间比例分别为5：1：6，所以，若选4秒（也可以选3秒）为一单位时间，则计数器每4秒输出一个脉冲。本电路的实现就要用到秒脉冲和分频器。2.2.2 交通灯控制器由波形图可知，计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。扭环形计数器的状态如表1所

4、示。 表1 状态表 T 计 数 器 输 出南 北 方 向东 西 方 向Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5NSG NSY NSREWG EWY EWR 00 0 0 0 0 01 0 00 0 111 0 0 0 0 01 0 00 0 121 1 0 0 0 01 0 00 0 131 1 1 0 0 01 0 00 0 141 1 1 1 0 01 0 00 0 151 1 1 1 1 00 00 0 161 1 1 1 1 10 0 11 0 070 1 1 1 1 10 0 11 0 080 0 1 1 1 10 0 11 0 090 0 0 1 1 10 0 11 0 0100 0 0

5、 0 1 10 0 11 0 0110 0 0 0 0 10 0 10 0根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿黄红灯的逻辑表达式： 南北方向东西方向红 黄 绿 由于黄灯要求闪耀几次，所以用1Hz的标准脉冲和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。2.2.3 显示控制部分显示控制部分，实际是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对面的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。译码显示可用74LS248 BCD码七段译码器，显示器采用LC501111共阴极LED显示器，计数器采用可预置加减法计数器，如74LS16874LS193等。2.2.4 手动

6、/自动控制，夜间控制这可用一选择开关进行。置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使用交通灯处在某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。夜间时，将夜间开关接通，黄灯闪亮。3.分模块设计与分析3.1 秒脉冲和分频器由于定时控制电路工作需要稳定的准确的时间脉冲，各部分电路也是在时间脉冲作用下进行有序的工作，设计好脉冲发生器就显的尤为重要，所以在此将秒脉冲发生器的设计作为整个电路设计的第一步。方案一：由TTL门电路组成对称多谐振荡器如电路图4所示： 图4 由TTL门电路组成对称多谐振荡器 由于定时控制电路主要按秒计数，脉冲周期应为1秒，按T=1.1RC计算，R和C的值都将很大，比

7、较难实现。方案二：用555定时器组成多谐振荡器555定时器是一种应用极为广泛的中规集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。同时，555定时器用来定时时输出稳定，驱动能力强。电路图如图5 所示： 图5 用555定时器组成多谐振荡器 根据多谐震荡器的震荡频率 f=1.43/(R1+2R2)C可以推出：如果选用R1=R2=10K,C选用47F，则多谐振荡器可以产生频率为1的时钟脉冲。所以脉冲发生器我们选用方案二。用555定时器构成的多谐振荡器可以调出频率为1的时钟脉冲，然后再通过分频器4分频就得到要求的时钟脉冲。具体电路图如图6所示：图6 555电路

8、产生的秒脉冲和4分频电路 图7 单次手动脉冲3.2 单次手动/自动控制脉冲电路 单次手动脉冲电路（如图7）是由两个与非门组成的RS触发器产生的，当按下K1键时，有一个脉冲输出使74LS164移位计数，实现手动控制。K2在自动位置时，由秒脉冲电路分频（4分频）后输入给74LS164，这样，74LS164为每4秒向前移一位（计数一次），如图6所示。3.3 控制器部分 它是由74LS164组成扭环形计数器，然后经译码后输出十字路口南北、东西两个方向的控制信号灯，其中黄灯要满足夜间闪耀，此时红、绿灯灭。电路如图7所示： 图7 交通灯控制部分电路3.4 数字显示部分 当南北方向绿灯亮，而东西方向红灯亮时

9、，使南北方向的74LS190以减法计数方式工作，从数字“24”开始往下减，当减法计数到“4”时，南北方向绿灯灭，黄灯闪耀，当计数到“0”时，南北方向绿灯灭，红灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。由于东西方向红灯灭的信号（EWR=0），使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮，使东西方向的减法计数器开始工作。工作电路如图8所示。 图8 数字显示控制电路 在减法计数开始之前，有黄灯亮信号使减法计数器先置入数据，图中接入U/D和LD的信号就是有黄灯亮（为高电平）时，置入数据。黄灯灭（Y = 0），而红灯亮（R = 1）开始减计数。 4.整体电路 上一部分我们对交通灯控制电路各部分进行了分析论证，

10、然后对各部分分电路进行整合，就可以得到交通灯控制器整体电路（如图9所示）。 图9 交通灯控制器整体电路5.所用元器件表2 元器件清单1 时基电路555 一片 2 2输入端四与非门74LS00 二片 3 六反相器74LS04四片4 四2输入与门74LS08八片5 三3输入与门74LS11二片6 四2输入或门74LS32二片7 双D触发器74LS74二片8 8位串入/并出移位寄存器74LS164一片9 七段译码器74LS168四片10 BCD7段译码/升压输出驱动器74LS248四片11 10K电阻R五个12 按键K三个13 发光二极管LED六个14 七段LED数码管LC501111 四个15 47uF电容C一个16 0.01uF电容C1一个12