交通灯控制逻辑电路设计3.docx
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交通灯控制逻辑电路设计3
机电工程系测控技术与仪器专业
电子课程设计报告
姓名：
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班级：
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学号：
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教师：
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一、简述………………………………………………………
二、设计任务和要求…………………………………………
三、设计方案提出……………………………………………
四、设计电路…………………………………………………
五、设计电路说明…………………………………………….
六、设计中遇到的问题和解决方案…………………………
七、总结………………………………………………………
附：
实验仪器及器材………………………………………….
参考文献…………………………………….....................
交通灯控制逻辑电路设计
一、简述
为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶，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4.1所示。
图4.1
二、设计任务和要求
设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下：
1.设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR，NSY，NSG；东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR，EWY，EWG，则满足图4.1的工作流程并且可以并行工作：
NSG（EWR）→NSR（EWG），黄灯用于闪烁提示绿灯变为红灯。
2.满足两个方向的工作时序：
东西方向红灯亮的时间应等于南北方向黄、绿灯亮的时间之和；南北方向红灯亮的时间应等于东西方向黄、绿灯亮的时间之和。
时序工作流程见图4.2所示：
图4.3中，假设每个单位时间为2秒，则南北、东西方向的绿、黄、红灯亮的时间分别为12秒、2秒、12秒，一次循环为24秒。
其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。
3.十字路口要有数字显示装置，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。
具体要求为：
当某方向绿灯亮时，置计数器为某一个数值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，进入另一个方向的工作循环。
例如：
当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为12，并使数显计数器开始减“1”计数，当减法计数到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数码管显示的数值应为2，当减法计数到“0”时，黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数码管的显示为12。
4.可以手动调整脉冲时间，夜间为黄灯闪耀。
三、设计方案提出
根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图4.1，设计方案可以从以下几部分进行考虑。
1.1Hz标准脉冲和分频器
因十字路口每个方向绿、黄、红灯亮时间比例分别为5：
1：
6，所以，如果选4秒（也可以任意）为一单位时间，则计数器每计数4秒输出一个脉冲。
这一电路用D触发器（或由其他触发器构成的D类型触发器）即可实现。
2.交通灯控制器
由波形图可知，计数器每工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。
计数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表如表1.1所示。
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。
表4.1状态表
T
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0Q1Q2Q3Q4Q5
NSGNSYNSR
EWGEWYEWR
0
000000
100
001
1
100000
100
001
2
110000
100
001
3
111000
100
001
4
111100
100
001
5
111110
0↑0
001
6
111111
001
100
7
011111
001
100
8
001111
001
100
9
000111
001
100
10
000011
001
100
11
000001
001
0↑0
3.显示控制部分
显示控制部分实际上是一个定时控制电路。
当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”停止。
译码显示可用74LS248驱动BCD码七段译码器，计数器采用可预制加、减计数器，如74LS168、74LS190、74LS193等。
4.脉冲选择控制，夜间控制
这部分可用一个可调脉冲进行。
调节脉冲频率的高低，可以使计数器的周期增大或减小，用来控制某个方向上车流量的大小变化；夜间时，将夜间开关接通，黄灯将一直闪耀，提醒过往行人注意。
四、设计电路
根据设计任务和要求，交通信号灯控制器参考电路如图4.4所示。
五、设计电路说明
1.脉冲选择及控制电路
可调脉冲用实验箱上的可调脉冲输出即可，脉冲电路经分频后，（4分频）输入给74LS164，这样，74LS164为每4秒向前移一位（计数一次）。
采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。
输出脉冲的周期T≈0.7（R1+2R2）·C
2.控制器部分
它由74LS164组成扭环行计数器，经过译码后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。
其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。
3.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74LS192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。
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.补充说明
与非门2C、3A即是为了制造一个延时，从而使南北向的计数器（74LS192）有足够的时间置入“24”。
六、设计中遇到的问题和解决方案
1、画好电路图，我用的是multisim仿真,便于观察结果与出错原因,其中也出现了不少问题.
（1）元件的选用
有些设计电路需要用到的元件在multisim仿真软件中找不到，我们必须重新设计选用能找到的元件解决问题。
.
（２）芯片使用时设计错了逻辑
刚开始我们用的是74LS193的片子，很难做的设计要求的减法计数器，在最后的商讨中我们选用了74LS192觉得设计中的问题。
（3）电路的设计问题
在电路的设计过程中我们的电路总是不能在一开始时清零，需要走一个循环之后才能正常的工作，这个问题至今没有解决.
（4）数码管的选用上，我们开始时把管脚接错，导致不能正常的显示。
通过检查之后更正.
七、总结
经过两个星期的电子课程设计，我们了解了交通灯的原理,收获很多,同时也遇到了很多的困难,查阅很多资料,参阅了许多关于交通灯基本工作原理的书籍,制作出了电路图,并实现了运行。
通过分析交通灯控制系统的要求可知，整个系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器构成。
其中，秒脉冲信号发生器由555电路和两个D触发器共同构成的四分频电路组成；控制器，译码显示器由四片74LS192、驱动电路的工作。
主控制器和定时计数器必须使用同一脉冲信号，译码电路输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作。
控制电路是系统的主要部分，由它控制定时计数电路和译码驱动电路的工作能够实现交通灯四种状态的自动转换。
通过这次课程设计，我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。
这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我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。
本次课程设计也巩固和加深了我对电子线路基本知识和理解，提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。
然后深入研究，提出方案，对比后得出最终的可行方案。
同时我也初步学习到了关于课程设计的基本方法、步骤和撰写设计论文的格式。
总之，这次的课程设计，给我留下了很深的印象，它不仅是一次对理论知识的验证，同时也是对自己的一种检验，找出了自己的不足，所以在今后的学习生活中，我要严格要求自己，处事严谨，对待问题要认真，遇困难要努力克服。
附：
实验仪器及器件
1
数字电路学习机
2
双踪示波器
3
六反相器
74LS04
一片
4
四—2输入与门
74LS08
三片
5
三—3输入与门
74LS11
一片
6
四—2输入或门
74LS32
一片
7
七段译码器
74LS248
四片
8
双D触发器
74LS74
一片
9
8位串入/并出移位寄存器
74LS164
一片
10
4位十进制同步加/减计数器
74LS190
四片
11
1K欧姆电阻
R1
一个
12
电平开关
KS—1
一个
13
发光二极管
LED
六个
14
七段LED数码管
四个
1、74LS192芯片。
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计
数器。
（bcd,二进制）。
CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。
LD为预置输入控制端，异步预置。
CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
CO为进位输出：
1001状态后负脉冲输出，
BO为借位输出：
0000状态后负脉冲输出。
其引脚图和功能表如下：
CPUCPDRDLD工作状态
XX00置数
↑110加计数
1↑00减计数
XXX1清零
2D触发器的逻辑符号及功能表如下：
双D触发器发器的功能表如下表：
.
参考文献
1、《电子技术实践教程》主编：
樊英杰许海根西北工业大学出版社
2、《数字电子技术简明教程》第三版主编：
余孟尝高等教育出版社
3、《模拟电子技术简明教程》第三版主编：
杨素行高等教育出版社
4、《测控技术与仪器实践能力训练教程》第二版主编：
林玉池毕玉玲马凤鸣机械工业出版社
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