交通灯操纵电路的设计.docx
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交通灯操纵电路的设计
交通灯操纵电路的设计
一、设计任务与要求
设计一个十字路口的交通灯操纵器，操纵A,B两条交叉道路上的车辆通行，东西方向为骨干道A，南北方向为副干道B；具体要求如下：
1、每条道路设一组信号灯，每组信号灯有红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示许诺通过，红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆停止通行。
2、骨干道通行40秒，南北通行时刻为20秒。
3、每次变换通行车道之前，要求黄灯先亮5s，才能变换通行车道。
4、黄灯亮时，要求每秒闪烁一次。
二、方案设计与论证
第一依照设计的任务与要求，通过分析得出要设计的那个交通灯操纵电路的功能知足以下几点：
1、操纵骨干道A与副干道B的信号灯的亮灭。
二、能够对骨干道与副干道的信号灯亮的时刻进行倒数计时。
3、实现黄灯的每秒闪烁。
因此咱们能够明白此电路应包括振荡电路、计数器电路、译码显示、主操纵电路和信号灯译码驱动器等五个部份，并分析其原理图如图1所示并作出以下两种方案。
图1
方案一：
将整个电路工作循环周期65S作为总时刻，用74LS192芯片在此基础上进行分段，依次是40S骨干道绿灯亮副干道红灯亮，5S骨干道黄灯闪烁，20S支干道红灯亮副干道绿灯亮，5S副干道黄灯闪烁。
再依照每一段的输出信号不同用大体逻辑门电路连接交通灯来实现每段时刻不同的灯亮。
此方案易于分析明白得，缺点是相关于第二种方案可操作行比较差，需要的原件比较多，看起来比较复杂，不易实现，同时性价比较低。
方案二：
对红绿灯时段别离倒数计时，运用红绿灯转变时的高低电平对74LS192芯片进行置数，使之能别离进行40S、5S、20S倒数计时，再通过74LS160芯片的输出端进行各类逻辑组合运算操纵红黄绿三种灯的亮灭，通过555按时器提供的脉冲信号操纵黄灯的闪烁。
此方案与方案一相较更易操作，用到的逻辑运算器件也例如案一要少，现实应历时可用性好，性价比较高。
三、单元电路设计与参数计算
一、振荡电路
555按时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，具有本钱低，性能靠得住的优势，只需外接几个电阻、电容，就能够够实现多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
555按时器的功能表如下：
脉冲信号源选用555按时器产生，频率为1Hz,依照555按时器组成的多谐振荡器原理，可得出公式：
振荡周期为T=（R1+R2）C和振荡频率为f=1/T。
各项数据可为R1=47KΩ，R2=51KΩ，C1=10uF,C2=10nF,依照555按时器的功能实现成效来连接电路，其电路图如图2所示。
图2振荡电路
图2
二、计数器电路
电路工作循环周期为65S，，骨干道红灯为20S，绿灯为40S，副干道上红灯40S，绿灯20S，黄灯5S，本设计我选用了74LS192和74LS160，74LS192芯片具有倒数计时清零置数功能，用来进行倒数计时，74LS192的引脚排列和逻辑符号如下图所示：
图中：
其中CPu为加法计数端，CPn为减法计数端，P0、P一、P二、P3为计数器输入端，MR为清除端，Q一、Q二、Q3、Q4为数据输出端。
74LS192的功能表如下：
74LS160是加法计数器用来进行同步计数来操纵信号灯的亮灭。
74LS160的功能表如下：
其中当使能端EP=ET=1时，为计数状态。
计时器电路分两部份，倒数计时部份和加法计时部份。
倒数计时部份电路如图3所示，加法计时部份电路如图4所示。
图3
图4
3、译码显示
此部份电路的作用是将倒数计数器电路中的数值通过数码显示管显示出来便于人们能够直接观看，此电路通过555按时器输入脉冲信号到74LS192芯片再接数码显示管，使数值以倒数计时方式显示出来，预置骨干道显示器为40秒，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，然后预置骨干道显示器为5秒，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，接着副干道别离预置20秒和5秒，以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，一次工作循环终止，而进入下一方向的工作循环。
其电路图如图5所示。
图5译码显示电路
4、主操纵电路
主操纵电路主若是74LS192芯片输出的信号到数码显示管，每次计时完成后此输出信号通过大体逻辑运算对74LS192和74LS160芯片进行从头置数使得整个交通灯操纵系统能循环的进行下去。
其电路图如图6所示。
图6主操纵电路
五、信号灯译码器电路
此部份电路是为了将计数器输出的信号转变成红黄绿三种颜色的灯转变所需的信号，通过计数器74LS160输出的信号进行大体逻辑运算操纵红灯和绿灯的亮灭，黄灯的闪烁则是通过74LS160输出地信号和555按时器所产生的脉冲信号进行逻辑运算实现的。
其电路图如图7所示。
图7信号灯译码器电路
四、总电路工作原理及元器件清单
1．总原理图
2．电路完整工作进程描述（整体工作原理）
该电路的工作原理：
刚开始时，计数器74LS160的输入端全数接地，通过计数器74LS160输出的信号进行大体逻辑运算操纵红灯和绿灯的亮灭，黄灯的闪烁则是通过74LS160输出地信号和555按时器所产生的脉冲信号进行逻辑运算实现的。
同时计数器74LS160输出的信号通过逻辑器件的关系操纵作为计数器74LS192的输入，计数器74LS192会预置数40秒，然后在信号脉冲的作用下和555按时器的一起作用下开始进行倒计时，当倒计时倒为零时，每次计时完成后此输出信号通过大体逻辑运算对74LS192和74LS160芯片进行从头置数使得整个交通灯操纵系统能循环的进行下去。
从而实现对骨干道，副干道的绿灯、黄灯和红灯的亮灭的操纵，让它实现咱们想要的功能。
3．元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1，U2
74LS192
2
计数器
U3
7432
4
或门
U4
7433
2
或非门
U5
7403
1
与非门
U6
74LS160
1
计数器
U7
7404
4
非门
U8
7SEG-BCD
2
数码管
U9，U10
7408
8
与门
U11
555
1
定时器
U12
res
47k,51k
2
电阻
U13
cap
10nF,10uF
2
电容
U14,U15
TRAFFICLIGHTS
2
交通灯
五、仿真调试与分析
在proteus软件中对电路进行了仿真调试，取得了测试成效如图8到图11所示四种状态。
由于74LS192芯片能够进行倒数计时，74LS160芯片的输入端全数接地，故信号灯的输入信号是由这两种芯片的信号和555按时器所产生的脉冲信号进行各类逻辑运算取得的，总共可取得以下几种结果：
1、前40S内骨干道绿灯亮，副干道红灯亮，见图8；
图8
二、中间5S骨干道黄灯闪烁，副干道红灯亮，见图9；
图9
3、后20S内骨干道红灯亮，副干道红灯亮，见图10；
图10
4、最后5S骨干道红灯亮，副干道黄灯闪烁，见图11；
图11
六、结论与心得
结论：
交通灯的整体操纵电路通过Proteus软件的测试，倒计时和信号灯转变等功能都可实现，只要开始接通电路，电路即可自动运行，骨干道先倒计时40S且绿灯亮，副干道倒计时40S且红灯亮，骨干道的车辆能够自由通行；然后骨干道黄灯闪烁5S副干道红灯不变，这能够提示骨干道过线的车辆快速穿越；接着副干道倒计时20S且绿灯亮，同时骨干道倒计时20S且红灯亮，副干道的车辆能够自由通行；最后副干道黄灯闪烁5S且骨干道红灯不变，这能够提示副干道过线的车辆快速穿越。
仿真结果取得预期成效，达到设计要求。
心得：
这次设计交通灯操纵电路，能够说给我带来了专门大的体会。
刚开始的时候，不明白从何做起，不明白怎么设计方案。
于是，就去查找资料，包括翻阅相关的书籍和上网查看，慢慢地才理清了一颔首绪。
做了几个方案都没有想要的成效，内心很着急，但最终仍是平复了下来，再慢慢地分析，在两个方案之间，终于敲定了一个方案。
中间碰到了很多的问题，比如如何设计主控电路、信号发生器如何设计、所用的芯片的功能如何、需要的原件有什么、实际接上电路老是实现不了想要的成效等等问题。
但都慢慢地理清里面的各类关系，试探着怎么做，需要什么东西，不断地动手尝试，寻觅失败的缘故，查找成功的原理，一步一步地坚持了下来，达到了成效，完成了想要取得的东西，心中甚是快乐。
总之，通过这次的设计，我不但巩固了前面所学到的知识，明白了知识的重要；也培育了我解决问题的能力，提高了动手的能力，将书本上的东西变活，而且深刻地熟悉到，实践是查验真理的唯一标准；同时寻觅帮忙也是很重要的，认真去做的话，问题终究是能够解决的。
七、参考文献
[1]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：
高等教育出版社
[2]靳孝峰主编.数字电子技术基础，哈尔滨工程大学出版社，2010年
[3]李银华主编.电子线路设计指导.[M]北京：
北京航空航天大学出版社，2006年
[4]李继凯杨艳编著.数字电子技术及应用，科学出版社
[5]李秀人主编.电子技术实训指导.[M]西安：
国防工业出版社，2006年
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