交通灯控制器设计.docx
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交通灯控制器设计
交通灯控制器
第一章设计内容
1．1设计要求：
1．用数字电路实现下面功能：
图1.1交通灯控制器控制流程图
2．显示剩余时间；
3．增加拐弯时序；
4．增加自动夜间开关功能，黄灯亮；
5.增加手动功能，方便盲人通过。
1．2总体设计方案:
1.2.1系统原理框图
本次设计的交通灯控制器原理框图如图1.1所示：
图1.2系统原理框图
图中看出此次设计主要由4个大部分组成：
1.脉冲产生电路。
设置好参数R1,R2和C就可以产生交通灯控制器所需要的1秒的脉冲。
2.分频电路。
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；所以通过两个1/274LS74芯片与秒脉冲连接产生4倍分频（既是4秒的脉冲）。
3.系统控制电路。
选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。
4.显示部分电路。
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”而停止。
译码显示用74LS48BCD码七段译码器。
显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS192。
1.2.2系统电路工作原理
它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器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，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
控制器部分它由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。
其中黄灯信号必须满足闪耀，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿、红灯灭。
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74LS168以减法计数器方式工作，从数字“24”开始往下减，当减到“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另一方向——东西方向减法计数器开始工作。
在减法计数开始之前，由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据，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。
1.3电路模块设计
1.3.1设计方案
根据设计要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图1.1，设计方案可以从以下几部分进行考虑。
1>.1S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。
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：
t
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0Q1Q2Q3Q4Q5
NSGNSYNSR
EWGEWYEWR
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
000000
100000
100000
111000
111100
111110
111111
011111
001111
000111
000011
000001
100
100
100
100
100
00
001
001
001
001
001
001
001
001
001
001
001
001
100
100
100
100
100
00
表1.1状态表
东西方向绿：
黄：
红：
南北方向绿：
黄：
红：
（3）工作时序。
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。
时序工作流程图见图1.3所示。
（假设每个单位时间为4秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为20秒、4秒、24秒，一次循环为48秒。
）
图1.3交通灯时序工作流程图
（4）显示控制部分。
显示控制部分实际上是一个定时控制电路。
1.3.2单元电路的设计及相关参数计算
1>.脉冲信号发生器
图1.4脉冲信号产生电路
T1=（R1+2R2）*ln2*C（其中R1=10K,R2=4.7K,C=1000µf,结果T1大概为1秒）
2>.分频器
图1.5分频信号产生电路
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,总时间假设为36秒所以选择4秒为单位时间,通过图1.3可以知道秒脉冲通过它之后产生了4倍分频。
（T=4T1=4秒）
3>.计数器（74ls164）
图1.6引脚图图1.7真值表
用74LS164八位移位寄存器引脚A,B与引脚Qe,Qf相连接组成扭环形12进制计数器来与各种门电路相连后来控制发光二极管亮的顺序。
4>.各种门电路
图1.874ls04引脚图图1.974ls08引脚图
图1.1074ls00引脚图图1.1174ls32引脚图
图1.1274ls11引脚图
74ls164的管脚10（既是引脚Q4）,11（既是引脚Q5）和管脚9（既是引脚CR）与74ls11相连后在与东西方向的绿的发光二极管相连控制绿灯；74ls164的管脚10通过非门74ls04与管脚11都接到74ls08上在与74ls164的管脚9都接到74ls32异或门上在与东西方向上的黄的发光二极管上相连来控制黄灯；74ls164的管脚11通过74ls04非门与管脚9都连接到74ls08与门上与东西方向的红的发光二极管相连来控制红灯。
74ls164的管脚10,11都与74ls04非门相连接后与管脚9都连接到74ls11上在与南北方向的绿的发光二极管相连来控制绿灯；74ls164的管脚11通过74ls04非门与管脚10都连接到74ls08与门然后和管脚9通过非门都连接到74ls32异或门上之后与南北方向的黄的发光二极管相连来控制黄灯；74ls164的管脚11与管脚9连接到与门上后与南北方向的红的发光二极管相连后控制红灯。
也就是说通过各种门电路与74ls164按设计要求的各种连接可以控制发光二极管的发光的顺序。
5>.显示部分
图1.1374ls192引脚图图1.1474ls48图
图1.15led共阴数码管
通过74ls192的引脚Q0,Q1,Q2,Q3与74ls48的引脚A,B,C,D相连接,然后74ls48的引脚a,b,c,d,e,f,g与led共阴数码管的a,b,c,d,e,f,g引脚相连接这样就可以显示交通灯控制器的时间。
（功能表如下：
）
表1.2led共阴功能表
附录
图交通信号灯控制器设计总图
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