交通灯控制逻辑电路设计

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1、交通灯控制逻辑电路设计交通灯控制逻辑电路设计一、组成分析和工作原理1 组成分析如下：为了确保十字路口的车辆顺利、畅通的通过，往往都利用自动控制的交通信号等来进行指挥。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 1.1 所示东西方向EW东西方向 NSGYRGYR系统控制电路1手动、单步分频时标图 1.1 交通灯控制器系统框图2 工作原理如下：（1）要有如图 1.2 顺序工作流程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 EWK、EWY、EWG。它们的工作方式，有些必须是并行进行的

2、，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)应有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。图 1.3，采用每个单位时间为 4 秒，则南北、东西方向绿、黄、红时间分别为16 秒、4 秒、20 秒，一次循环 40 秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯的时间之和，黄灯是间歇闪耀。0123456789012345tNSGNSYNSREWREWGEWY图 1.3（3）十字路口要有数字显示，作为时间，

3、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，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。例如：当南边方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为 20，并使数显计数器开始减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显的值应为4，当减到“0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为20。二 设计步骤和方法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 4:1:5,并选 4 秒为一单位时间,则计数器每计 4 秒输出一个脉冲.由波形可知

4、,计数器每次工作循环为10,所以可选用 10 进制计数器。计数器可用单触发器组成,也可用中规模集成计数器、扭环行计数器的状态表如下所示（表 2.1）表 2.1状态表n计数器输出南北方向东西方向Q0Q1Q2Q3Q4NSGNSYNSREWGEWYEWR0000001000011100001000012110001000013111001000014111100000151111100110060111100110070011100110080001100110090000100100根据上面 Q0Q4的计数输出可得：南北方向绿：NSG=Q3Q4黄：NSY=Q3Q4红：NSR=Q4东 西 方 向 绿

5、：EWG=Q3Q4黄：EWY=Q3Q4红：EWR=Q4由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标 1s 和 EWY 或 NSY 黄灯信号相“与”即可。2.时 基 电 路：由 555 定 时 器 构 成 的 多 谐 振 荡 器 来 实 现 1s 时 标；在这个电路中，定时元件除电容 C 外，还有两个电阻 RA和 RB，它们串联在一起电容 C 和 RB的连接点接到两个比较器 C1和 C2的输入端 R 和 S(6脚和 2 脚)，RA和 RB的连接点接到放电管 T1的输出端 Q(7 脚)。主要由公式：T=0.7(RA+2RB)C 由于 RBRA,T=1,设 RA=100 欧，推断出 RB=30千欧，C=24 微

6、法。（555 多谐振荡器功能说明如下）174LS74 双 D 触发器分频来实现 4s。74LS74 是上升沿 D 型触发器采用肖特基 TTL 电路以提高运行速度。每个触发器都有各置位输入端，以及互补的 Q 和 Q 输出端。当 555 多谐振荡器有 1 秒脉冲输入到第一个 D 触发器 D 端时，在上升沿时刻，D 端的输入信号传送到 Q 输出端，直到第二个上升沿时刻，再输出，从而第一个 D 触发器输出 2 秒，再把 2 秒输入到第二个 D 触发器 D 端时，在上升沿时刻，D 的输入信号传送到 Q 输出端，直到第二个上升沿时刻，再输出，从而实现 4秒。3.灯控电路：10 进制计数器（74LS164）

7、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、东西二个方向的控制信号。其中黄灯信号须满足闪耀，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿、红灯灭。（74LS164 功能说明如下）4.时控电路：显示控制部分，实际是一个运时控制电路。当绿灯亮时，使减法器开始工作，每来一个秒脉冲，使计数器减 1，直到计数器减到 0 为止。译码器可用74LS248BCD 码七段译码器，显示可用 LC5011-11 共阴极的显示器，计数器可用 74LS168 的二十进制减法计数器。（功能说明如下）三 器件功能说明：1现以 555 定时器构成的振荡器来说明：暂稳态 电容 C 由回路 VCC R C地充电，充电

8、时间常数 1=(RA+RB)C,电容 C 上电位 vc随时间 t 按指数规律上升，趁向 Vcc值，在此阶段内，输出电压 v0暂稳在高电平。自动翻转 当电容上电位 vc上升到 2/3Vcc时，由于 S=“0”,R=“1”,使触发器置“0”。Q 由 1“0”，输出电压 v0则由高电平跳转为低电平，电容 C的充电过程结束。暂稳态由于此刻 Q=”0”;Q=”1”,因此放电管 T1导通且饱和，电容 C通过回 CRB放大管 T1地放大，放电时间常数2=RBC（忽略了 T1管饱和电阻 RCES1）,电容上电位 vc按指数规律下降，趁向 0V，同时使输出 v0暂稳在低电平。自动翻转当电容上电位 vc下降到 1

9、/3Vcc时。S=”1”,R=”0”,触发器置”1”。Q 由”0”1”,输出电压 v0则由低电平跳转为高电平，电容 C 的放电过程结束。274LS168 简要说明：168 为可预置的十进制同步加/减计数器。168 的预置是同步的。当置入控制端（LD）为低电平时，在时钟（CP）上升沿作用下，输出端（Q0Q3）与数据输入端（AD）相一致。AVccBQ7168 的计数也是同步的，靠 CP 同时加在四个触发器上而实现的。当计数控制端（P、T）均为低电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的技术尖峰。当计数方式控制（U/D）为高电平时进行加计数；当 U/D 为低电平时

10、进行减计数。P 和 T 的跳变不受 CP 状态的限制。168 有超前进位功能。当计数上溢或下溢时，进位输入端（CO），输出一个低电平脉冲，其宽度为：加计数 Q0的高电平部分；减计数时为 Q0的低电平部分。输入输出LDPTU/DCPABCDabcdLXXXabcd加计数HLLHXXXX减计数HLXXXXXXX保持HXHXXXXXX保持H高电L低电平低到高电平跳变X任意ad-AD 稳态输入电平374LS164:SN74LS164 是 8 位并行输出高速移位寄存器，与时钟信号从低电平向高电平的跳变同步，串行数据通过一个 2 输入与门输入寄存器。LS164 有异步主复位信号输入端，无论时钟为何状态，主

11、复位信号均可将寄存器清零并将所有输出端置于低电平。LS164 采用肖特基钳位二极管工艺使运行进速得以提高引脚图引脚符号名称AB数据输入端CP时钟信号输入端（上升沿触发）06MR主复位信号输入（低电平有效）15Q0Q7输出端Q2CPQ3CRQ4GND功能说明：LS164 是脉冲边沿触发 8 位移位寄存器，数据串行输入，并从八个触发器输出端并行输出。一个两输入端（A 或 B）“与”门接收并行数据，AB 中任一端都可用作高电平有效的“允许”输入端，而另一端则作为数据输入端。AB 两端若有一端不使用，则次端必须接高电平，或两个输入端连接在一起。时钟信号（CP）每次从低电平跳变到高电平，寄存器数据右移一

12、位，并把在时钟脉冲上升沿之前在“与”门输入端上的数据送进 Q0，主复位信号（MR）对于其他输入信号有优先权。当 MR 为低电平时，寄存器被异步清零，所有 Q 输出被强置为低电平。4七段显示器LC5011-11共阴联接数字显示器是用显示数字、文字或符号的器件，其显示方式一般有三种。我们用的是分段式。数码有分布在同一平面上若干段发光笔划组成。如荧光段式显示。如图所示的 LC5011-11 集成器件就是一个共阴极半导体发光二极管七段高电平，则这一段就发亮。574LS24874LS248 为 有内部上拉电阻的 BCD-七段译码器/驱动器.输出端(Ya Yg)为高电平有效,可驱动灯缓冲器或共阴极 VLE

13、D当要求输出 0-15 时,消隐输入(BI)应为高电平或开路,对于输出 0 时还要求脉冲消隐输入(RBI)为高电平或开路.当 BI 为低电平时,不管其他输入端状态如何,Ya-Yg 均为低电平.当RBI为和地址端(A0-A3)均为低水平,并且灯测试(LT)为高电平时,Ya-Yg为低电平,脉冲消隐输出(RBO)也变为低电平.当 BI 为高电平或开路时,LT 的低电平可使 Ya-Yg 均为高电平.四、元器件明细表：序号名称型号数量1与门74LS1122与门74LS0883或门74LS3224非门74LS0455计数器74LS16846显示译码器74LS24847十进制计数器74LS16418显示器LC5011-1149多谐振荡器555110D 维持阻塞触发器74LS742五、参考文献1 数字集成电路基础南京大学出版社皇甫正贤主编2 进口集成电路数据手册 广东科技出版社张旦宁 程杉 陈瑞成 3 标准集成电路数据手册TTL 集成电路 电子工业出版社童本敏编4 CMOS 4000 系列60 种常用集成电路的应用人民邮电出版社魏立君 韩华琦编六、原理图