交通灯控制的逻辑电路设计资料.docx
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交通灯控制的逻辑电路设计资料
交通灯控制的逻辑电路设计
一．概述
伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断的增加,交通的问题日益突出，单单依靠人力来指挥交通已经不可行了,所以，设计交通灯来完成这个需求就显的越加迫切了.为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。
以下就是运用数字电子设计出的交通灯：
其中红灯亮,表示该条
路禁止通行;黄灯亮表示停车;绿灯亮表示允许通行.
交通灯控制器的系统框图如下:
系统框图（a）
二．交通灯的组成和原理
一个用来指挥车辆顺利、畅通通过十字路口的装置——交通灯.它可以显示车辆通行和等待的时间,以便车辆更有秩序的通过.一个交通灯应包含以下几个基本的部分:
1.秒脉冲和分频器
因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮的比例为5:
1:
6,所以,只要用4秒为单位时间,则计数器每四秒输出一个脉冲.这一电路的实现就要用到秒脉冲和分频器.
2.控制器
这是交通灯的核心部件.由波形图图（b）可知、计数器每次工作循环为12所以可以选用12进制计数器.此设计选用中规模74LS164八位移位寄存器组成的扭环形12进制计数器.其状态表如图（c）所示
控制器波形图（b）
t
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
NSG
NSY
NSR
EWG
EWY
EWR
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
2
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
3
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
4
1
1
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
5
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
6
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
7
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
8
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
9
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
10
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
11
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
图（c）
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:
东西方向:
绿:
EWG=Q4*Q5;
黄:
EWY=Q4*Q5;
红:
EWR=Q5;
南北方向:
绿
:
NSG=Q4*Q5;
黄
:
NSY=Q5*Q4;
红:
NSR=Q5;
3.显示部分
显示控制部分,实际是一个时控电路.当红灯亮时,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74LS248BCD码七段译码器,显示器用LC5011—11共阴极LED显示器,计数器采用可预置加、减法计数器74LS168.
4.手动/自动控制,夜间控制部分
此部分用选择开关进行.置开关在手动位置,输入单次脉冲,可使交通灯处在某一位置上,开关在自动位置时,则交通信号灯安自动循环工作方式运行.夜间时,将夜间开关接通,黄灯亮.
三．设计要求
（1）.满足如图（d）顺序工作流程.
南北方向绿灯亮、东西方向红灯亮占5t
南北方向黄灯亮、东西方向红灯亮占1t
南北方向红灯亮、东西方向绿灯亮占5t
南北方向红灯亮、东西方向黄灯亮占1t
图（d）
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：
即东西方向亮红灯的时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯的时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。
时序工作流程图如图（b）所示
图（b）中，假设每个单位时间是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。
其中红灯亮的时间是绿灯，黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀的。
（3）。
十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观的把握时间。
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，而进入下一步某方向的工作循环。
如：
当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向的数字显示为24，并使数显计数器开始减‘1’计数，当减到绿灯灭而黄灯闪耀时，数显的应值应为4，当减到‘0’时，此时黄灯灭，南北方向的红灯亮；同时使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为24。
（4）。
可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。
四．设计步骤及方法
1.单次手动及脉冲电路
单次手动脉冲（如下图）是由两个与非门组成的RS触发器产生的,当安下K1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,由秒脉冲电路分频后（4分频）输入给74LS164,这样,74LS164为每4秒向前移一位（计数1次）,秒脉冲电路用555电路来实现,如下所示:
单次手动脉冲
振荡器是产生时间标准’秒’信号的电路,在精度要求不高的情况下,在本系统中振荡电路选用555定时器构成的多谐振荡器产生（如下图）。
555电路产生的秒信号与4分频电路
多谐振荡器的振荡频率可以用下面的式子推出
f0=1/T≈1/0.69（R1+2R2）C
如果选用R1=R2=10КΩ,C选47μf（如图所示）.则可以调节出频率为1的时钟信号.然后再通过分频器4分频.就得到要求的时钟脉冲。
2.控制器部分
它是由74LS164组成扭环行计数器,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.其中黄灯要满足闪耀,并在夜间时,黄灯闪亮,但绿、红灯灭.电路控制图如下:
3.数字显示
当南北方向绿灯亮,而东西方向红灯亮时,使南北方向的74LS168依减计数工作,从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。
电路图如下
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