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NS

G Y R G Y R

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，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。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5

t

NSG

NSY

NSR

EWR

EWG

EWY

图1.3

（3）十字路口要有数字显示，作为时间，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,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

Q0 Q1 Q2 Q3Q4 NSG NSY NSR EWG EWY EWR

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1

1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1

2 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1

3 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1

4 1 1 1 1 0 0 ↑0 0 0 1

5 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0

6 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0

7 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0

8 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

9 0 0 0 0 1 0 0 1 0 ↑0

根据上面Q0～Q4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：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：①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R A和R B，它们串联在一起电容C和R B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)，R A和R B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(R A+2R B)C 由于R B>>R A,T=1,设R A=100欧，推断出R B=30千欧，C=24微法。（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。每个触发器都有各自的清零和置位输入端，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）

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：

①暂稳态Ⅰ电容C由回路V CC →R →C 地充电，充电时间常数τ

=(R A+R B)C,电容C上电位v c随时间t按指数规律上升，趁向V cc值，在此阶段1

内，输出电压v0暂稳在高电平。

②自动翻转Ⅰ当电容上电位v c上升到2/3V cc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。

③暂稳态Ⅱ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C→R B→放大管T1→地放大，放电时间常数τ

=R B C（忽略了T1管饱和电

2

阻R CES1）,电容上电位v c按指数规律下降，趁向0V，同时使输出v0暂稳在低电

平。

④自动翻转Ⅱ当电容上电位v c下降到1/3V cc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。

2．74LS168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（Q0~Q3）与数据

输入端（A~D）相一致。