1、基于数字电路的交通灯控制电路课题设计交通灯的控制电路设计学院:新联学院 专业:电子信息工程 学号:1102172028姓名:贾蒙强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
2、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
3、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
4、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
5、 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 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
6、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/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
7、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
8、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
9、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，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
10、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，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
