交通灯设计.docx
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交通灯设计
河南理工大学
电子技术课程设计
——简易交通信号灯
学院：
电气工程与自动化学院
专业班级：
电信08-2班
姓名：
袁晓铭
学号:
310808030207
指导老师：
谢贝贝
内容摘要
随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系的协调，已经成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测，交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
为此，通过我应用所学的知识设计了一套简易交通灯控制电路的方案，交通灯的控制系统主要有多谐振荡电路、主控电路、选择计时电路，信号灯电路组成。
关键词：
多谐振荡电路、主控电路、选择计时电路，信号灯电路
一、概述
用555定时器构成一个多谐振荡器，即信号产生器，为计数器提供信号，再用74LS161（16进制计数器）分别构成5进制，15进制、20进制计数器（即支干道黄灯亮、绿灯亮、红灯亮的时间），再利用74LS138和与非门构成控制电路来控制5、15、20进制计数器电路工作之间的选择和转换。
二、设计任务及要求
1.设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求主干道和支干道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通车时间都设为15秒。
2.要求黄灯先亮5秒后才能换行车道。
三、设计原理：
交通灯的原理图框如图1所示。
它主要由定时器、计数器、译码器等部分分组成。
555定时器构成多谐振荡器产生周期为5秒的秒脉冲，计数器构成5进制，15进制、20进制计数器，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等工作。
此交通灯系统包含四个状态：
大道绿灯小道红灯、大道黄灯小道红灯、大道红灯小道绿灯、大道红灯小道黄灯，最后又回到大道绿灯小道红灯。
这几个状态之间的时间间隔分别为15、5、15、5秒。
主干道信号灯
支道信号灯
图1
四、单元电路设计与分析
1.秒脉冲电路
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图8.1和图8.2所示。
引脚功能：
Vi1（TH）：
高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。
Vi2（
）：
低电平触发端，简称低触发端，标志为
。
VCO：
控制电压端。
VO：
输出端。
Dis：
放电端。
：
复位端。
555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生
VCC和
VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电
平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。
表8.2555定时器控制功能表
输入
输出
TH
VO
Dis
×
<
VCC
<
VCC
>
VCC
×
<
VCC
>
VCC
×
L
H
H
H
L
H
不变
L
导通
截止
不变
导通
是复位端，低电平有效。
复位后,基本RS触发器的
端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。
周期T=（2*R1+R2）*C1*Ln2
产生5秒的脉冲可以选择R1=R2=23千欧，C1选择100uF。
2.计数电路
74LS161是4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数、保持等功能。
74LS161的逻辑电路图和引脚排列图如图1所示，CR是异步清零端，LD是预置数控制端，D0，D1，D2，D3是预置数据输人端，P和T是计数使能端，C是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。
74LS161的图174LSl61的逻辑电路图和引脚图
（1）异步清零功能
当CR＝0时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。
（2）同步并行预置数功能
在CR＝1的条件下，当LD＝0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3～Q0所接收。
由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。
（3）保持功能
在CR=LD＝1的条件下，当T＝P＝0时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数）。
（4）同步二进制计数功能
当CR＝LD＝P＝T＝1时，74LS161处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路将从1111状态返回到0000状态，状态表见表2。
（5）进位输出C
当计数控制端T＝1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为零。
表174LS161的功能表
功能表如表1所示。
74LS161采用反馈清零，对高位反馈，当高位为高电平时，异步清零。
因此161可以从000，计数到111，共8位数，可以实现对8个脉冲计数，每个脉冲5秒，因此一个周期为40秒。
Q0,Q1,Q2与138相连，可以提供8种状态，从而控制两路交通灯按照一定的规律两灭。
由表可知，74LS161具有以下功能。
3.译码器及逻辑门
74LS138为3线－8线译码器，共有54/74S138和54/74LS138两种线路结构型式。
若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。
当一个选通端（E3）为高电平，另两个选通端（E1）和/（E2））为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。
其工作原理如下：
。
74ls00为四组2输入端与非门（正逻辑）即在一块集成块内含有四个互相独立的与非门,每个与非门有2个输入端
74LS20是双4输人与非门.即在一块集成块内含有两个互相独立的与非门,每个与非门有4个输入端。
这个部分采用了两片138实现了对两路交通灯的控制，在状态000，001,010时一片脚0，1，2其中之一会有低电平，通过与非门接红灯，在这三种状态将是红灯点亮，时间在第0—15秒。
在状态011时，3脚低电平，通过非门点亮绿灯，时间在第15—20秒。
在状态100,101,110,111四种状态，脚4，5，6，7出现低电平，通过与非门点亮红灯，时间在第20—40秒。
第二片138的第0，1，2，3通过与非门点亮红灯，时间在第0—20秒；第4，5，6通过与非门接绿灯，点亮时间在第20至35秒；第7脚通过非门接黄灯，点亮时间在第35—40秒。
五、元件清单
1
555
脉冲产生器
1
2
74LS161
计数器
1
74LS20N
四输入与非门
（2）
2
74LS00N
二输入与非门（4）
1
74LS138N
3线8线译码器
2
8
发光二极管红绿黄
模拟交通灯
各2
9
电阻470
限流，保护二极管
6
10
电阻23K
限流
2
11
电容100
、10nF
充放电
各1
12
设计板
安装电路
1
13
导线
连接电路
若干
六、设计结果及分析
信号灯实现了以下变换：
主道方向：
绿—>黄—>红—>黄—>绿……；
支道方向：
红—>黄—>绿—>黄—>红……；
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