电子科技大学_交通灯课程设计报告

数字逻辑课程设计报告

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一、设计题目

交通灯控制器

二、设计要求

1．东西方向为主干道，南北方向为副干道；

2．主干道通行40秒后，若副干道无车，仍主干道通行，否则转换；

4．换向时要有4秒的黄灯期；

5．南北通行时间为20秒，到时间则转换，若未到时，但是南北方向已经无车，也要转换。

6．附加：用数码管显示计时。

三、设计过程

1．交通控制灯总体设计方案

整个交通控制灯电路可以用主控电路控制交通灯电路的亮灯顺序，用计数器控制亮灯时间并给译码器输入信号以便数码管显示时间，用函数发生器产生频率为1Hz的矩形波信号以供计数器计数。框图如下：

十字路口车辆运行情况只有4种可能（在副干道有车时）：

(1)设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为40s。

(2)40s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为4s。

(3)4s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20s。

(4)20s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为4s。4s后又回到第一种情况，如此循环反复。

因此，要求主控制电路也有4种状态，设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。即：

状态转换图如下：

这四个状态可以用用一个4进制的异步清零计数器(74LS160)进行控制并作为主控部分，控制亮灯的顺序。再用两片计数器(74LS160)控制亮灯时间，分别计数40、20、4。

2．主控电路

主控电路是由一块74LS160接成的4进制计数器，即当QC为1时用异步清零法立刻将计数器清为零，同时，另外两片74LS160计数器产生的清零信号与主控电路的计数器的计数CLK连接，即当计数器一次计数完成后（一种的状态的亮灯时间过后），计数器清零，同时主控电路CLK接收一个脉冲，跳至下一状态。如此循环变可实现四个状态的轮流转换。

3．计数器

计数器的作用：一是根据主干道和副干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行40s、20s、4s 3种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。

计数器除需要单位脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态S0时开始40s

计数；若在S0状态的40s过后，副干道没有车，则使主控制器始终清零，保持在S0状态（单刀双掷开关处于高电平），继续保持主干道路灯亮，副干道红灯亮。40s后如果副干道有车，则恢复主控制器正常状态（单刀双掷开关处于低电平），计数器产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始4s计数，4s后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始20s计数；如果副干道一直有车则20s后也产生归零脉冲，使主控制器进入S3状态，如果在20s没有车，则给主控制器传送一个脉冲信号（即按下按键开关，此时单刀双掷开关处于低电平），使主控制器直接跳到S3状态，同时计数器清零，计数器又开始4s计数；4s后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。

根据以上分析，设40s、4s 、20s、4s计数的清零信号分别为A、B、C，D，S0状态时副干道有车信号为P，S2状态时副干道有车信号为Q，则计数器的归零信号S为：S=A+B+C+D+Q

A=0X·1X·（Q2高位）

B=0X·1X·(Q1高位)

C=0X·1X·(Q2低位)

D=0X·1X·(Q2低位)

Q=1

主控制器的归零信号为：P=0X·1X·1

电路图如下：

4．灯控电路

主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。设灯亮为1，灯灭为0，则交通控制灯的译码电路的真值表如下：

交通控制灯的译码电路的真值表

主控制器状态主干道支干道

X1 X0 红灯R 黄灯Y 绿灯G 红灯R1 黄灯Y1 绿灯G1

S0 0 0 S1 0 1 S2 1 0 S3 1 1 0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 0 0

1 0 0

1 0 0

0 0 1

0 1 0

由真值表可写出六盏等的逻辑式,经化简获的六盏灯逻辑式为：

1101011010

111R X Y X X G X X R X Y X X G X X ======

根据灯控函数逻辑表达式,可画出由与门和非门组成的状态译码器电路,如图所示。将状态控制器，与三色信号灯相连接，构成三色信号灯逻辑控制电路，如图所示：

5．交通控制灯原理图

元件清单为：

元件名称元件个数备注计数器74LS160 3块CLK低电平有效与门10块

与非门1块

非门6块

或非门2块

按键开关1个按下自动弹回

单刀双掷开关1个

7段数码管2块自带译码器

函数发生器1块频率调至1Hz 交通灯6个红、绿、黄灯各2个

6．74LS160功能简介

74LS160芯片是一个具有清零、置数、保持、十进制计数等功能

的计数器。其引脚图如下：

74LS160真值表

清零预置使能时

钟

预置数据输入输出工作模式

R

D L

D

EP ET CP D

3

D

2

D

1

D

Q

3

Q

2

Q

1

Q

0 1 1 1 1 ×

1

1

1

××

××

0 ×

×0

1 1

×

↑

×

×

↑

××××

d3d2d1d0

××××

××××

××××

0 0 0 0

d3d2d1d0

保持

保持

十进制计数

异步清零

同步置数

数据保持

数据保持

加法计数