交通灯控制电路设计报告

交通灯控制电路设计报告

目录

一．设计任务和要求 (2)

二．设计方案的总体思路与选择 (3)

1.时钟信号发生器电路设计论证 (4)

2．定时器设计论证 (4)

3.控制器论证 (4)

4.信号灯的论证 (4)

三．电路设计计算与分析 (5)

1.秒脉冲的设计 (5)

2.定时器电路的设计 (6)

3.控制器的设计 (8)

4.信号灯的设计 (13)

四．Multisim简介 (14)

五．总结及心得 (15)

六．附录 (16)

1．总原理图 (16)

2．元件清单 (17)

七．参考文献 (18)

一．设计任务和要求

1.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。

2.当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。

3.主干道交替允许通行，主干道每次放行25s、支干道25s。设计25s计时显示电路。

4.在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，以使行驶中德车辆有时间停到禁止线以外，设置5s计时显示电路。

二．设计的方案的总体思路与选择

根据设计任务与要求,我们可以知道这个交通灯的设计是分主次干道的,但两个方面的时间是相同的,每次放行25s,这就要求我们要有一个计数器,用两片74LS192芯片来构成对应进制的计数器。在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，需设计一个5s的倒计时。74LS192的功能表如表2-1：

表2-1功能表

交

通灯控

制结构

图 2.1

如下：

图2.1交通灯控制结构图

1.时钟信号发生器电路设计论证

产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。即可选择555定时器组成多谢振荡器产生1Hz的脉冲。

2．定时器设计论证

定时器实质上是对秒脉冲的计数。由于交通灯是按倒计时显示的，所以使用倒计时计数芯片。所谓倒计时计数是指进行减计数。这里我们采用功能强大的74LS192n芯片。它是一块可预置数可逆计数芯片。

3.控制器论证

控制器是交通灯控制电路的核心。通过主控制计数器（74LS160）控制电路的运作和红绿黄灯三种信号灯的转换，用两条Q1Q0输出取四种状态。采用译码器（74LS138）译码。减法计数器的十位和个位分别接译码器和静态数码管来显示时间的倒计时。通过电路与静态显示管来循环显示25,5,25,5这四个数。

4.信号灯的论证

题中已要求采用信号灯，并且使用红、绿、黄三种颜色。为了更逼真我们将在各条通道上使用两组相同灯作为各个方向的交通信号灯，而且从各个方向看去灯的从左到右的顺序为绿、黄、红排列。

三．电路设计计算与分析

1.秒脉冲的设计

采用555定时器构成多谐振荡器产生周期为1s，其频率为1Hz的脉冲。

由公式

T=0.7(R1+2R2)C

采用滑动变阻器R可调占空比，可取C=10uF,R1=1k,R2=30k，滑动变阻器R=47K，带入公式可得f约等于1Hz。其原理图如下：

图3.1 可得示波器输出波形图3.2为：

图3.2

2.定时器电路的设计

定时器实质上是对秒脉冲的计数。由于交通灯是按倒计时显示的，所以使用倒计时计数芯片。所谓倒计时就是减法计数器。由于显示2位数，我们需要采用两片74LS192级联构成。当减到00时，让芯片置成25，这样第00秒将显示25，而不显示00。我们注意到十位显示只显示0、1、2，数25。从74LS192的时序逻辑图中可以看出，它是在计数脉冲的升沿时进行的相应动作，所以当它置数后要等到下一秒钟的上升沿到来时再进行一次减计数。在multisim选出元件74LS192N，

U1

74LS192N

A 15

B 1

C 10D

9

UP 5QA 3QB 2QC 6QD

7

DOWN

4~LOAD 11~BO 13~CO 12CLR 14

图3.3

引出端符号： LOAD:置数端； CLR ：异步清零端； UP ：加法计数； DOWN:减法计数； BO ：借位； CO ：进位； A B C D ：输入端； QA QB QC QD ：输出端； 级联两片可得出如图5

图3.4定时器电路

3.控制器的设计

主控制器是主控电路属于时序逻辑电路，状态控制器是系统的核心部分，由它决定交通灯处于哪一个运行状态。从而使相应的交通灯点亮，并决定下一个状态的预置电路该预置的信号灯的预置值。通过74LS160控制主支干道红绿黄灯亮灭的四种状态：

主干道绿灯亮和支干道红灯亮，主干道通行，启动25s定时器，状态为S0；

主干道黄灯亮和支干道红灯亮，主干道停车，启动5s定时器，状态为S1；

主干道红灯亮和支干道绿灯亮，支干道通行，启动25s定时器，状态为S2；

主干道红灯亮和支干道黄灯亮，支干道停车，启动5s定时器，状态为S3。

令灯亮为“1”，灯灭为“0”，主干道红绿黄等分别为A、B、C，支干道红绿黄等分别为E、F、G，主支方向干道交通信号灯的工作是同时进行的。前25秒主干道绿灯亮支干道红灯亮，之后5秒南主干道黄灯亮，支干道红灯亮，之后25秒主干道红灯亮。支干道绿灯亮，接着5秒主干道红灯亮，支干道黄灯亮，一次循环为60秒。

状态流程图如下：

S0状态

45秒

5秒

图3.5

则信号灯译码电路真值表3-1如下

S0= Q 1' Q 0' S1=Q 1 Q 0' S2= Q 1'Q 0 S3= Q 1Q 0

A'=Q 0' B'=( Q 1'Q 0')' C'=( Q 1Q 0')' E'=Q 0

F'=( Q 1Q 0) G=( Q 1Q 0' )' 根据逻辑函数式连接电路图

分析说明：74LS162代替74LS160，用反馈信号接成四进制计数器，CLK 接状态转换控制信号。

使用74LS138 预置数，当交通灯控制系统开始工作时，该部分电路将实现各种状态的转换功能。由于Multisim 的问题，本来预置数为25,5,25,5，现在根据原理，预置数要改为35,5,35,5,将数码管显示主干道绿灯和支干道红灯的预值（25秒），预置：0011，0101；当其减到0时，计数器产生借位，此时干道绿灯和支干道红灯同时灭。然后将南主干道黄灯和支干道红灯的预值（5秒），预置0000,0101；重复上述转换功能，实现倒计时计数。