交通信号灯的设计方法
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交通信号灯的设计方法
设计任务与要求
设计一个十字路口的交通信号灯操纵电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车交替运行。
要求黄灯先亮5秒，才能变换行车道。
黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。
实验设备
数字双踪示波器
74LS00、74LS20、74LS74、74LS153、74LS163、74LS138、NE555、发光二极管、电阻、电容
实验原理与实验电路
实验原理简介
实验电路要紧由操纵器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和操纵器的标准时钟信号源，译码器输出组信号灯的操纵信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，操纵器是系统的要紧部分，由它操纵定时器和译码器的工作。
下面简要介绍个操纵信号的意义：
TL：表示甲车道或乙车道绿灯亮的时刻间隔是25秒，即两车道正常通行的时刻间隔。定时器时刻到，TL=1，否则，TL=0。
TY：表示黄灯亮的时刻间隔是5秒，定时时刻到，TY=1.，否则，TY =0。
ST：表示定时器到了规定的时刻后，由操纵器发出状态转换信号。由他操纵定时器开始下个工作状态的定时。
AG=1：表示甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；
AY=1：表示甲车道黄灯亮；BG=1：乙车道黄灯亮；
AR=1：表示甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮；
假设交通信号灯由四种状态组成：
第一种状态：甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道的车辆承诺通行，乙车道的车辆禁止通行。绿灯亮足够时刻间隔TL时，操纵器发出状态信号ST，转到下一个工作状态。
二种状态：甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上为过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆连续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足够的时刻间隔TY时，操纵器发出状态转换信号ST，转到下一个工作状态。
三种状态：甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道的车辆能够通过。绿灯亮足够规定时刻间隔时，操纵器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
四种状态：甲车道红灯来亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆连续通行。黄灯亮足规定的时刻间隔TY时，操纵器发出状态转换信号ST，系统又转换到第一种工作状态。
通信号灯以上四种工作状态是由操纵器进行操纵的。设操纵器的四种状态编码为00、01、11、10，分不用S0、S1、S2、S3表示，则操纵器的工作状态即功能表如下所示：
脉冲信号发生器
2）定时器的设计：
定时器由于系统脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，计数器在状态信号ST作用下，第一清零，然后再时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向操纵器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
计数器选用集成电路74LS163设计。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的功能表如下所示：
输入输出
CR LD CTP CTT CP DA DB DC DD QA QB QC QD
0 ×××↑××××0 0 0 0
1 0 ××↑ A B C D A B C D
1 1 1 1 ↑××××计数
1 1 0 ×↑××××计数
1 1 × 0 ×××××计数
74LS的引脚排列图如下所示：
定时器的电路图如下所示：
其中ST状态转换信号由操纵器发出，ST状态转换信号通过一个非门后，分不接到两片74LS163的同步置零端（即图中的CLR’端），两片的输入端（即A、B、C、D端）分不接地，秒脉冲信号发生器的输出秒脉冲信号分不接到两片74LS163的CP信号端（即图中的CLK端），当操纵器发来的ST信号为1时，ST信号通过非门后变为0，则两片74LS163的输出端输出全为零，TY、TL信号为零，当ST信号变为1后，开始计数，当TL、TY分不计时满25和5秒后，TL，TY信号送到操纵器的输入端，由操纵器操纵定时器的计数。
定时器电路图定时器的状态转换表如下所示：
ST CP的顺序第一片74LS163
D C B A
第二片74LS163
D C B A
TY TL
0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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19
20
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24
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 0 1
0 0 0 1
0 0 0 1
0 0 0 1
0 0 0 1
0 0 0 1
0 0 0 1
0 0 0 1
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1
1
1 ↑0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3）操纵器的设计：