交通灯数字逻辑电路的设计

交通灯数字逻辑电路的设计

吴仁君

（惠州商贸旅游高级职业技术学校，

广东惠州516003）1设计要求

1.1设计一个十字路口的交通灯控制电路，

要求东西方向车道和南北方向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10秒。时间可设置修改。

1.2在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮3秒钟，才能变换运行车道。1.3黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。1.4东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示。

2方案设计与比较论证

2.1分析系统的逻辑功能，

画出其框图交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由倒计时计数电

路、信号灯转换器和秒脉冲信号发生器组成。

秒脉冲信号发生器是该系统中倒计时计数电路和黄灯闪烁控制电路的标准时钟信号源，倒计时

计数器输出两组驱动信号T 5和T 0，经信号灯转换器控制信号灯工作，

倒计时计数电路是系统的主要部分，

由它控制信号灯转换器的工作。图1

2.2信号灯转换器

两方向车道的交通灯的运行状态共有4种：

S0：东西方向车道的绿灯亮，车道通行行；

南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行。

S1：东西方向车道的黄灯亮，车道缓行；

南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行。

S2：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；

南北方向车道的绿灯亮，车道通行。

S3：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；

南北方向车道的黄灯亮，车道缓行。

Ga=1：东西方向车道绿灯亮Ya=1：东西方向车道黄灯亮Ra=1：东西方向车道红灯亮，Gb=1：南北方向车道绿灯亮Yb=1：南北方向车道黄灯亮Rb=1：南北方向车道红灯亮方案一：

若选集成计数器74163，74163是一个具有同步清零、同步置数、可保持状态不变的4位二进制同步加法计数器。表1是它的状态表。

设状态编码为：S0=0000；S1=0001；S2=0010；S3=0011，则其状态表为表2。

电路接法如图圆。

图2

方案二：

若选JK 触发器，设状态编码为：S0=00；S1=01；S2=11；S3=10，其输出为Q 1Q 0，则其状态表如表3。

电路图3

对方案一和方案二进行比较，发现方案二无论是从原理还是从接

法画线上，都是比较简单易懂，工作效率高，

而且不容易出错。故信号灯转换器选择方案二的接法，

即用JK 触发器进行信号灯的转换。2.3倒计时计数器

十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，

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

数方式工作，直至减到数为“3”和“0”，十字路口绿、黄、红灯变换，

一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。

在倒计时过程中计数器还向译码器提供模5的定时信号T 5和模0的定时信号T 0。

倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。

计数器选用集成电路74190进行设计较简便。74190是十进制同

步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的

摘要：本设计主要以74190芯片级联为核心实现交通灯控制。这个电路采用两个74190芯片级联成一个从99倒计到00的计

数器，用JK 触发器实现信号灯的转换，倒计时显示采用七段数码管作为显示，非常简单地实现了交通信号灯的控制。使用电脑EWB Version 5.0c 仿真技术对系统进行仿真。

关键词：逻辑电路；交通灯；74190；JK 触发器；仿真CLR LOAD ENP ENT CLK A B D C QA QB QC QD 0 X X X X X X X X

0 0 0 0

1 0 0 0 POS X X X X A B C D 1 1 1 1 POS X X X X Count

1 1 1 X X X X X X QA0 QB0 QC0 QD0 1 1

X

1

X X X X X QA0 QB0 QC0 QD0

Q Q Q Q Ga Ya Ra Gb Yb Rb 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0

表174163的状态表

表2状态编码与信号灯关系表

表474190的状态表

1--

清零输入端，但可以借助QA 、QB 、QC 、QD 的输出数据间接实现清零功能。

现选用两个74190芯片级联成一个从99倒计到00的计数器，

其中作为个位数的74190芯片的CLK 接秒脉冲发生器（频率为1），再把

个位数74190芯片输出端的QA 、QD 用一个与门连起来，

再接在十位数74190芯片的CLK 端。当个位数减到0时，再减1就会变成9，0（0000）和9（1001）之间的QA 、QD 同时由0变为1，把QA 、QD 与起来接在十位数的CLK 端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。具体连接方法如图4所示。

信号LD 由两个芯片的8个输出端用或门连起来，

决定倒计时是置数，还是计数。工作开始时，LD 为0，计数器预置数，置完数后，LD 变为

1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD 又变为0，计数器又预

置数，之后又倒计时，

如此循环下去。预置数（即车的通行时间）功能：预置数的范围为4~98。假如把通行时间设为10秒，就像图4的接法，A 接0，B 接1，C 接0，D 接0，A ’接0，B ’接1，C ’接0，D ’接1。（接电源相当于接1，悬空相当于接0）

图4向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T 0：T 0表示倒计时减到数“00”（也即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置数），T 0=1，此时T 0给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把两个74190计数器的8个输出端用一个或非门连起来。T 5表示倒计时减到数“03”时。T 5=1，此时T 5给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯的不变。接法为：当减到数为“03”（00000101）时，把十位计数器的输出端QA 、QB 、QC 、QD 连同个位计数器的输出端QC 、QD 用一个或非门连起来，再把这个或非门与个位计数器的输出端QA 、QB 用一个与门连接起来。具体连接方法如图5所示。图5

2.4黄灯闪烁控制

要求黄灯每秒闪一次，即黄灯0.5秒亮，0.5秒灭，故用一个频率为2

的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连进来，

再接到黄灯。2.5整个交通灯控制系统的布局(见图6)3工作流程

仿真过程与效果分析：

（1）根据设计的要求，整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器，10个交通灯。但由于4个时间显示器是由同一个倒计时计数器控制，所以我在设计图6电路的过程中，为了简化电路使画图看起来更加清晰，就只接了1个时间显示器。

（2）点击启动按钮，然后再打开总开关，

便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为10秒，打开总开关，

东西方向车道的绿灯亮；南北方向车道的红灯亮。时间显示器从预置的10秒，以每秒

减1，减到数3时，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，

而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。减到数0时，0秒后显示器又转换成预置的10秒，

东西方向车道的黄灯转换为红灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯。如此

循环下去。

（3）修改通车时间为其它的值再进行仿真（时间范围为4~98秒），

效果同2一样，总开关一打开，东西方向车道的绿灯亮，

时间倒计数3，车灯进行一次转换，到0秒时又进行转换，而且时间重置为预置的数值，如此循环。

4结束语总体来说，这次实习我受益匪浅。留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程

中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。多种

方案的选择中，仔细比较分析其原理以及可行的原因，

最后还是在同事的耐心指导下，使整个电路可稳定工作。过程中，我深刻的体会到在设

计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，

有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，

有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，

查找原因。附PCB 图

参考文献

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第五版.[M].北京：高等教育出版社，2006（168-173）.

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[4]电子工程手册编委会、集成电路手册分编委会编.标准集成电路数据手册：COMS400系列电路.北京：电子工业出版社，1991（261-273）.[5]电子工程手册编委会、集成电路手册分编委会编.标准集成电路数据手册：TTL 电路[M].北京：电子工业出版社，1989（184-206）.[6]电子工程手册编委会、集成电路手册分编委会编.标准集成电路数据手册：TTLCOM

电路.北京：电

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图6

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