基于数字电路的交通灯控制电路课题设计.docx
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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NSR﹑NSY﹑NSG东西方向的红﹑黄﹑绿灯分别为EWR﹑EWY﹑EWG。
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
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
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74LS248BCD码七段译码器，显示器采用LC5011—11共阴极LED显示器，计数器采用可预置加﹑减法计数器，如74LS168﹑74LS193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=10KΩ,C选用47μF，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6555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
BCD—7段译码/升压输出驱动器
74LS248
四片
11
10KΩ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
LC5011—11
四个
15
47uF电容
C
一个
16
0.01uF电容
C1
一个
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