课程设计_交通灯控制电路设计

1 设计任务及指标

设计一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路。 要求如下：

（1）南北方向（主干道）车道和东西方向（支 干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30s 、支干道每次通行间为20s ；

（2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）；

（3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5s 钟，才能变换运行车道； （4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次； （5

）同步设置人行横道红、绿灯指示。 电路工作总体框图

交通灯控制电路主要由以下几部分构成，如图2.2所示，有电源电路，脉冲电路，分频电路，倒计时电路，(交通灯)状态控制电路，灯显示电路。

图2.2 交通灯控制电路功能模块框

倒计时电路

十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，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s 减1的计数方式工作，直至减到数为5和0，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。根据题目的要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支 干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30s 、支干道每次通行时间为20s 。也就是一

脉冲电路

分频电路

倒计时电路

显示器

状态控制电路

灯显示电路

电源电路

供电

R 1

R 2

时间脉冲 北

个循环是50s，如此先显示30s后显示20s倒计时，然后再显示30s倒计时，以此类推。

设计时采用两块74LS193，一块是显示十位，一块是显示个位。个位接成十进制，从9开始倒计时，当到达0时，向高位发出一个借位信号，再继续从9倒计时。一开始使十位数置数为3，二进制为0011，个位数为0，二进制为0000，此时个位产生一个借位信号给十位的脉冲输入端，十位的74LS193芯片倒计时一次，结合个位的设置，电路从30开始倒计时。当主车道绿灯亮了25s，倒计时也已经数到了5了，此时，个位显示5，十位显示0，主车道的绿灯熄灭，主车道的黄灯开始倒计时闪亮5s，当倒计时到0后，个位芯片74LS193发出一个借位信号，向高位借数，但是高位已经是0了，按照要求此时十位应该是从0翻转2，即二进制0010，为了实现这功能，通过研究十位的二进制数发现，十位的二进制是从0011、0010、0001到0000计数完，翻转为二进制0010，然后从0010、0001到0000倒计时，当到0000后就结束一个循环，又从0011开始新的一个循环。从二进制0011和0010两个不同的预置数，发现可以用1个D触发器74LS74接成T触发器并把Q端接至十位倒计时的最低位来完成这个功能。高位产生借位信号时将Q端的信号置入，当这个借位信号（低电平）消失后，产生一个上升沿的脉冲信号，使T 触发器翻转然后保持，下一个借位信号来时就把此时的Q值置入（此时Q值为原来的非，即由0变1或由1变0），然后翻转。通过以上置数方式可实现0011和0010的交替置入。另外，通过在特定时刻（倒计时高位由0000变为0010后）对T触发器进行清零，可实现主次干道通行时间的调整。最后将电路的倒计时接到译码器74HC4511，再接到共阴极数码显示管上显示十进制数字。据此画出倒计时电路如图3.5所示：

倒计时电路

3.5 状态控制电路

如图2.1，用倒计时控制灯的变化，先将图示状态0、1、2、3编码为00、01、10、11，当倒计时为30、20、5的时候产生一个信号给状态转换的电路，而这个信号是电平信号的话就很难实现，所以又用了边沿触发，此时用计数器表示状态，取其低两位的计数态00、01、10、11为灯的状态，这样的话，来一个边沿信号就能使计数器加一，实现上述四状态转换。画出状态控制电路信号转换表如表2所示：

表2 状态控制电路信号转换表

高位 低位

状态转换信号 7654Q Q Q Q 3210Q Q QQ CP （↑）

0011 0000 ↑ 0010 0000 ↑ 0000

0101

↑

由表得出CP （↑）的表达式：

）

（↑+↑+↑↑↑∙↑+↑=↑4501245)()()()()()()(Q Q Q Q Q Q Q CP 电路图如图：

表3 灯显示电路状态表

状态 译码信号

主车道

支车道

主人行道

支人行道

3y 2y 1y 0y 1G 1Y 1R 2G 2Y 2R 12G 12R 22G 22R 00 1110 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 01 1101 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 10 1011 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 11 0111

0 0 1

0 1 0

0 1

1 0

由表得个各个灯的表达式：

1G =0y

控制脉冲

1Y =1y 1R =32y y + 2G =2y

2Y =3y 2R =10y y +

12G =1G +1Y =0y +1y 12R =1R =32y y + 22G =2G +2Y =2y +3y 22R =2R =10y y +

为了让黄灯能每s 闪亮一次，可以在黄灯那里加入一个与门，把黄灯发亮的信号当成是与门的开通信号，与门的另一端接入时间脉冲，那么黄灯就可以实现每s 闪亮一次的功能了。画出灯显示电路如图3.7所示：

绿灯

绿灯 黄灯 黄灯 红灯

红灯

绿灯

红灯

绿灯 红灯 时间脉冲

控制脉冲

主车道

人行道

支车道

行人道 cc V