交通信号灯控制电路

1 《数字电子技术》课程设计报告 交通信号灯控制电路 姓 名: 喻琨 专 业: 电子信息工程 班 级: 073143 学 号: 07314327 指导老师: 郭文 2 目录 一、封面……………………………………………………1 二、目录……………………………………………………2 三、设计任务及要求………………………………………3 四、系统总体设计…………………………………………4 五、系统各部分电路设计…………………………………5 六、系统总电路图…………………………………………11 七、小结……………………………………………………12 3 设计任务及要求 在当今经济与科学高速发展的社会， 人们所倡导的是秩序与和谐， 作为社会规范的一员， 交通指挥是非常重要的一员，本次设计是无人值守的交通灯，保证车辆与人员的顺利通过 图 3-1 设计示意图 任务要求： 1. 十 字 路 口 交 通 灯 设 南 北 、 东 西 ,红 (R)、 黄 (Y)、 绿 (G)分 别 是 NSR,NST,NSG,EWR,EWY,EWG. 2.他们工作方式如交通灯顺序工作流程图所示, 其中黄灯亮以 1S 为周期闪烁 3.十字入口有数字显示倒计时时间 4.扩展: 可改为手动控制，夜间控制模式 5.设计该电路并画出整体电路原理图 6.完成设计电路连接与调试。 4 系统总体设计 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 因此得出交通灯顺序工作流程图如图 4-1 南北向绿灯亮，东西向红灯亮—占5t 南北向黄灯亮，东西向红灯亮—占1t 南北向红灯亮，东西向绿灯亮—占5t 南北向红灯亮，东西向黄灯亮—占1t t为时间单位 图 4-1交通灯顺序工作流程图 如要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。时序工作流程图见下图所 示。 5 103254678910111032546 t NSG NSY NSR EWR EWG EWY t5t6t 图 4-2时序工作流程图 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，黄灯是间歇闪耀。 。 6 系统各部分电路设计 交通灯控制器系统图 南北方向NS GYR 东西方向EW GYR 系统控制电路 ≥1 分频时标手动、单步 图 5-1交通灯控制器系统图 根据设计任务和要求，参考图 5-1，设计方案可以从以下几部分进行考虑。 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，所以选 4 秒为一单位时 间，即计数器每计 4 秒输出一个脉冲。这一电路就很容易实现。 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表如下示。 7 图 5-2扭环形计数器的状态表 根据 5-2，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： 54 QQEWG 黄： )1( 54 CPEWYYEWQQEWY 红： 5 QEWR  南北方向 绿： 54 QQNSG 黄： )1( 54 CPNSYYNSQQEWY 红： 5 QNSR  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。 8 图 5-3 74LS164引脚图 图 5-4 74LS164功能表 显示控制部分 显示控制部分实际上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 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 示可用 74LS248 BCD码七段译码器，显示器用 LC5011-11共阴极 LED显示器，计数器材选用 用 74LS168 图 5-5 74LS248引脚图 9 图 5-6 74LS248 功能表 图 5-8 74LS168功能表 图 5-8 74LS168功能表 10 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，可使交通灯在某 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。 11 系统总电路图 根据设计任务和要求，交通信号灯控制器参考电路，下图所示。 总电路简要说明 单次手动及脉冲电路 单次脉冲是由两个与非门组成的 RS 触发器产生的，当按下 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，由秒脉冲电路经分频后（4 分频）输 入给 74LS164，这样，74LS164为每 4秒向前移一位（计数 1次） 。秒脉冲电路可用晶振或 RC 振荡电路构成。 单次脉冲是由两个与非门组成的 RS 触发器产生的，当按下 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，由秒脉冲电路经分频后（4 分频）输 入给 74LS164，这样，74LS164为每 4秒向前移一位（计数 1次） 。秒脉冲电路可用晶振或 RC 振荡电路构成。 控制器部分 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、 东西两个方向的控 12 制信号。其中黄灯信号必须满足闪耀，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿、红灯灭。 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 74LS168以减法计数器方式工 作，从数字“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。 在减法计数开始之前， 由黄 灯亮信号使减法计数器先置入数据， 图中接入 U/ D 和LD的信号就是由黄灯亮 （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。 13 实验小结 通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力. 加深了以前不熟悉芯片的 记忆 同时也了解了仿真软件的基本使用方法。该课程设计很好体现了源于课本的设计理念, 为了正确理解该实验, 我查阅了很多课本上的资料, 很多以前不是很懂的问题现在都已经一 一解决了. 在课程设计的过程中, 我想了很多种方案, 对同一个问题( 像计数器的接法) 都想了 很多种不同的接法, 运用不同的芯片进行了比较, 最后还是采取了上面的方法进行连接. 由此增强了自己对数字电路这门课程的理解， 今后我会将自己所学的知识运用到生活学 习中。 参考文献 《数字电