交通灯的多种实现方案讲解

3、单元电路的设计
①秒脉冲发生器 由555电路产生。
②定时器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，
先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，
进行模30的循环，向控制器提供模25的定时信号TY和模30的定时信 号TL。
③控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照
交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。将S（00）~S（11）共
3）控制器
采用1片74LS74（及两个D触发
器），将两个D触发器的Q’输出连接各自的输入D。使
得每增加一个时钟信号，输出翻转。将第一个D触发器的
CLK端接TY输出，输出即为Q0；将第二个D触发器的CL
K端接TL输出，输出即为Q1。这样就可以用简单的方法
实现逻辑功能，也就是采用了异步的方式对两个D触发器
将信号灯状态进行分类，将控制器状态、信号灯状态、车道运行状态进行 归类，一一对应。最终得到表1的状态对应表，如下：
表1
控制器状态 信号灯状态
车道运行状态
S0(00) S1(01) S3(11) S2(10)
甲绿，乙红 甲黄，乙红 甲红，乙绿 甲红，乙黄
甲车道通行，乙车道禁止通行 甲车道缓行，乙车道禁止通行 甲车道禁止通行，乙车道通行 甲车道禁止通行，乙车道缓行
定时器
TL
TY
秒脉冲 发生器
控制器 译码器
图1 交通灯控制系统原理框图
甲车道信号 乙车道信号
2；逻辑设计，对各部分连接处进行定义，建立各部分之间的联系
首先，由定时器组成30s循环，在25s时输出切换信号TY=1，在30s时输出T L=1，如此构成一个定时器的输出部分。接下来，由TL、TY提供给控制器信 号，在使其在TL时刻进行红灯灯到绿灯的切换，在TY时刻进行绿灯到黄灯的 切换。控制器将在不同的时刻输出S（00）~S（11）共四种状态，来对信号 灯6种状态（甲红灯亮，甲绿灯亮，甲黄灯亮，乙红灯亮，乙绿灯亮，乙黄 灯亮）进行控制，此过程由译码器进行。
交通灯电路的设计
组员：
设计内容及要求：
设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下 ：
（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行 ，每次通行时间都设为25秒。
（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运 行车道。
（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。 选做扩展功能：
（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以 秒为单位作减计数；
四种状态用Q1、Q0两个信号来表式。 在此，我没有使用资料中的转换关系和国际关心，而是使用了自
己的装换关系，在TL、TY信号来到时实现Q1、Q0转换，即可将S （00）~S（11）四种状态进行切换。具体转换方式请见表2：
现态
Q1
Q0
00 00 01 01 11 11 10 10
表2
输入 状态转换条件
（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定 。
Contents.
1. 基于数字电路的方案设计 2. 基于单片机的方案设计
一.基于数字电路的方案设计
1、分析系统的逻辑功能，画出其框图； 交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器
、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控制器的标准时钟信号源，译码器输 出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控 制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
TL
TY
0 0（保持） 0 1（转换）
0 0（保持） 1 0（转换）
0 0（保持）
0 1（转换）
0 0（保持）
1 0（转换）
输出
次态
Q1*
Q0*
00
0
1
01 11
11 10
10 00
可见在TY =1时，Q0将变换状态；在TL=1时，Q1将变换状态。用寄 存器的翻转可已实现，
④译码器
译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态 翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态
编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
表3
Q1 Q0
AG AY AR
BG BY BR
0
01
0
10
1 10
1
00
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
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4、单元电路的设计
方案一 - 器件的选择 - 仿真结果
方案二 -器件的选择 -仿真结果
方案三 - 器件的选择 - 仿真的结果
1）秒脉冲发生器 555接成多谐振荡器。
将输出分别接成24及4的输出，由控制电路产生并选择清零信号ST。
3）控制器 用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行
选择，输出控制清零信号ST；另一个74ls153与一个双D触发器74l
s74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。
4）显示电路的设计
AG=Q1’Q0’ AY=Q1’Q0 AR=Q1
于是，我们可以用74LS139，即二—四译码器实现以上
的逻辑功能。使得
Y0通过非门连接AG
Y1通过非门，再与脉冲信号相与后，连接AY
Y2通过非门，再与脉冲信号相与后，连接BY
Y3通过非门连接BR
Q1直接连接AR
Q1通过反相器连接BR
（5）数码管显示器
采用2片74LS48芯片和2个共阴极七段数码管连接到2
其进行了控制。
4、单元电路的设计
方案一 - 器件的选择 - 仿真结果
方案二 -器件的选择 -仿真结果
方案三 - 器件的选择 - 仿真的结果
（4）译码器
采用1片74LS139
芯片、5个非门和2个与门实现
AG= Q1’Q0’
AY= Q1’Q0
AR= Q1
BG= Q1Q0
BY= Q1Q0’
BR= Q1’
2）定时器
采用2片74LS163芯片，2个与门，
2个非门。将第一片采用置位法接成十进制的循环方式，
同时在输出为9的时候提供进位信号。将进位信号接入第
二片芯片的使能端，把第二片74LS163接成三进制循环。
使得两个芯片共同构成一个30进制循环。
再增加3个与门、1个非门，使输出为25时提供定时信
号TY=1，在输出为30时提供定时信号TL=1。
个74LS163上。用来显示循环，同时便于后面要进行的
调试。
4、单元电路的设计
方案一 - 器件的选择 - 仿真结果
方案二 -器件的选择 -仿真结果
方案三 - 器件的选择 - 仿真的结果
1）秒脉冲发生器 555接成多谐振荡器。
2）定时器
用74ls163为计数器，74ls163为四位的二进制
加法计数器。要产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY，需