交通信号灯控制电路的设计与仿真

•控制电路的特点： • 从点亮要求可以看出，有些输出是并行 的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮 ；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南 北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方 向红灯亮时，东西方向黄灯亮。因此采用组 合逻辑设计。组合逻辑电路：将十二进制计 数器作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑 电路的输出去驱动东西和南北两个方向的信 号灯的点亮。
• 由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒 倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒脉 冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可 以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电 路，也可以是用定时器555和电阻、电容组成 的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周期 方便，采用555定时器组成多谐振荡器。
• 555多谐振荡器原理图
• 74LS164功能表器原理 图
•应用电路：用74LS164组成的12进制扭环型计 数器电路 ，其电路图如下图所示。
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•分频器电路的设计
上述十二进制计数器的时间单位为4秒，即它 的CP脉冲为4秒。为了使整体电路工作步调一 致，4秒脉冲应该利用秒脉冲经分频获得，这 就需要设计一个4分频器电路。秒脉冲经4分频 后得到4秒脉冲，将其作为十二进制计数器的 CP脉冲。本次课程设计使用两个D触发器组成 4分频器电路。
•十二进制计数电路的设计
• 由信号灯白天点亮流程图可以得知，任何方向 的信号灯的一个工作循环为十二进制（绿、黄、 红时间比例为5：1：6），因此需要设计十二进 制计数器，循环工作控制白天信号灯的点亮。因 此，用移位寄存器组成十二进制计数器，拟选用 8位串入并出移位寄存器74LS164。
• 74LS164引脚图
• 四分频的电路原理图
逻辑控制电路是本设计的核心电路，由它控制交 通信号灯按要求方式点亮(一般经驱动电路去控制 信号灯)。根据白天信号灯的点亮要求，将时序逻 辑电路的输出作为组合逻辑电路的输入，而组合 逻辑电路的输出给信号灯的驱动电路。夜晚工作 方式也需要组合逻辑电路的功能以及秒脉冲通过 与门实现。组合逻辑电路的真值表如图所示：
•信号指示灯白天点亮流程图
•北
•西
•东
•南
•设计要求：
•（1）要求根据设计要求实现交通灯的现实 功能； •（2）用Multisim进行仿真 •（3）设计说明书；
•1秒脉冲产生电路: • 由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按 秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒 脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它 可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡 电路，也可以是用定时器555和电阻、电容组 成的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周 期方便，选择用555定时器组成多谐振荡器。
灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮 时，东西方向黄灯亮。信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管 模拟。
•2.夜间工作方式 • 南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。 要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。
•南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮 5t •南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮 1t •南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮 5t •南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮 1t
• 作为一个实际的应用系统直流稳压电源是 必不可少的。本次课设设计的交通信号灯控 制电路需要使用稳定的5V直流稳压电源来驱 动各芯片使电路其正常工作。因此需要设计 输出为5V的直流稳压电源。
•直流稳压电源包括变压器降压、二极管（或 整流桥）整流、电容滤波、集成稳压芯片稳 压四部分。
• 直流稳压电源原理图
•十二进制计数器: 计数器可以用触发 器组成，也可以用中规模集成计数器 组成，以及用移位寄存器组成环形或 扭环形计数器。建议用中规模移位寄 存器组成扭环形12进制计数器。
•分频器:
• 上述十二进制计数器的时间单位为4 秒，即它的CP脉冲为4秒。为了使整体电 路工作步调一致，4秒脉冲应该利用秒脉 冲经分频获得，这就需要设计一个4分频 器电路。秒脉冲经4分频后得到4秒脉冲 ，将其作为十二进制计数器的CP脉冲。 采用两个D触发器组成4分频器电路。
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•逻辑控制原理图
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•逻辑控制原理图
•数字钟电路组成框图
•星 期
•显 示 •星期
•驱动
•进 位
•清 零 •校表
•小 时
•显 示 •小时
•驱动
•进 位
•清 零 •校表
•分 钟
•显 示 •分钟
•驱动
•进 位
交通信号灯控制电路的 设计与仿真
2020年5月26日星期二
•设计内容：
•1.信号灯白天工作要求 • 某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮 24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。 • 如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三 种指示灯点亮的时间比例为5：1：6。 • 从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向 绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红
•清 零 •校表
•秒 •显 示
•秒 •驱动
•32768Hz振荡器
•220V交流电
•降压变压 器
•14级分
•二分频
•秒脉
频
冲 •f=2Hz,T=0.5S •f=1Hz,T=1S
•整流、滤波、稳压
•+5V
•其整体电路框图如下图所示：
•东西信号灯
•南北信号灯
•系统电源
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•组合逻辑电 路
•十二进制计数器
•工作方式控制开关
•四分频器
•秒脉冲产生电路
•信号灯采用三极管9031驱动，其额定 电流与额定电压应满足三级管的驱动能 力，电源电压采用直流5V，通过变压器 将市电降压到交流9V，在通过整流桥整 流滤波和稳压块7805得到直流5V电压 。直流稳压电源的任务是为整体电路提 供直流电源。故稳压电源电路的输出电 压值和输出电流值应满足整体电路的需 要。