交通信号灯控制器设置

目录

一、设计原理及框图 (3)

二、单元电路设计 (4)

2.1状态控制器设计 (4)

2.2交通灯状态显示及置数控制电路 (6)

2.3交通灯定时电路及总电路图 (7)

三.安装调试步骤 (10)

四.电路故障分析及电路改进 (11)

五.总结与设计心得 (12)

六.附录 (14)

七.参考文献 (15)

八.课程设计评分表 (16)

一、设计原理及框图

根据设计要求，设计一个交通灯信号控制器，主、支干道交替通行，主干道每次放行60秒，支干道放行60秒，绿灯亮表示通行，红灯表示停止。每次绿灯变红时黄灯先亮5秒。该交通灯控制系统的组成框图如图1所示。状态控制器主要记录交通灯的工作状态，通状过状态译码器点亮相应状态的信号灯，秒信号发生器产生整个定时系统的时间脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到每一种工作状态持续时间。减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定下一次减计数的初始值。减法计数器的状态由bcd译码器译码，数码管显示。

图1

其中秒信号发生器由555定时器及电容、电阻、电感组成，减法计数器所用芯片为同步十进制计数器74192，状态译码器为74138，状态控制器为同步十进制加法器74160，显示器为四段共阴极显示器，所有的器件功能都可以在《电子技术基础实验》查找。

二、单元电路设计

1、状态控制器设计

根据设计要求，各信号灯工作顺序流程如图2，信号灯四种不同状态分别用S0（主干道绿灯亮，支干道红灯亮），S1(主干道黄灯亮，支干道还是红灯)，S2（主干道红灯亮，支干道绿灯亮），S3（主干道还红灯亮，支干道黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如图3所示。

图3

根据上述流程图和状态转换图，我们可以用一个两位十进制

计数器实现，如74160，再用一个3线8线译码器74138译码器与

显示电路相连。电路图如下。

其中74160的CLK 接受来自减法计数器的借位输出，74138的

Y0、Y1、Y2、Y3去置数和控制信号灯的状态。当减法计数器高位

同时出现借位时就会给clk 一个脉冲，经过74138译码后控制交

通灯的状态变化以及置数的变化，从而控制整个系统，其中74160S1=01 S0=00 S3=11

S2=10

的QA,QB端经过一个与非门接其置数端，当QA，QB同时为1时，计数器置数回到0，从而控制电路的状态循环，同时QA，QB的变化经过译码器74138后控制整个电路及交通灯的循环。

2、交通灯状态显示及置数控制电路

整个交通灯状态分为四部，真值表与状态如图4。主、支干道的红、黄、绿信号灯主要由状态控制器输出决定。用1表示灯亮。用0

表示灯不亮。

图4

由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为：

G=Y0’Y1Y2Y3

Y=Y0Y1’Y2Y3

R=Y0Y1Y2’Y3+ Y0Y1Y2Y3’

g=Y0Y1Y2’Y3 y= Y0Y1Y2Y3’

r= Y0’Y1Y2Y3+ Y0Y1’Y2Y3

据上述逻辑函数表达式经化简根后可画出交通灯信号控制图，如图5所示。

图5 交通灯状态显示电路图

其中最左端四个非门输入由上而下分别为Y0、Y1、Y2、Y3。而Y 0Y1 Y2 Y3又是译码器74138的四个输出，所以受状态控制电路的控制。由于译码器输出是低有效，所以都接了非门使其变成高电平。这样就可以很好的控制交通灯的显示。

3、交通灯定时电路及总电路图

根据设计要求交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器，以完成主干道60秒，5秒，30秒，支干道60秒，30秒，5秒的定时任务。该定时器由4片74192构成的二位十进制可预置数减法计数器完成；时间状态由带译码器的led数码管对减法计数器进行译码显示；预置到减法计数器的时间常数，通过状态控制电路的译码器74138的输出端Y0、Y1、Y2、Y3经过与非门、非门等组合逻辑来完成的。当状态控制器74160的输出QAQB=00

时经过译码器74138后此时的输出为Y0Y1Y2Y3=0111，经过非门以后变成Y0’Y1’Y2’Y3’=1000此时只有Y0’对置数有效，同理，

状态控制器状态变化时，置数也跟着变化，而状态控制器的脉冲恰好来自减法计数器的借位端，这样就形成了置数的循环控制。实现了交通的定时循环系统。

其实交通的定时系统分为4部，主干道为60秒、5秒、30秒、0秒，对应支干道为60秒、0秒、30秒、5秒。正好用译码器的四个输出端Y0Y1Y2Y3来控制，因为Y0Y1Y2Y3为低有效所以经过非门后只有其中一个端口有效置数，真值表可以简单的画成图6的模式

图6

根据真值表可以直接确定Y0Y1Y2Y3的接法，从而得到以下

交通灯的显示定时电路图，以及交通灯总电路图。

交通灯定时电路图

交通灯总电路图

三、安装、调试步骤

1、首先要确定仿真图的结果是否符合课程设计要求，仿

真图要尽可能的清晰，特别是线多的地方注意不要重叠，所以

要仔细看清每条线的走向。并确定仿真图中的元器件是否在学

校实验中心可以找到。若不能则要重新修改电路图。要

2、按照仿真图，到实验中心领取所需的元器件，注意，领器件时记得多领一两个备用，

3、测验设备，领到器件和实验箱后，首先检查实验箱的各个部件是否完好，特别是显示管，因为显示管特别容易烧坏，再测验一下芯片插槽是否连结完好，第三，测线，用万能表或者显示灯测验每一根导线连接是否良好，第四，测验芯片，按照各芯片的功能测试芯片是否能正常工作，不能工作的要及时向老师调换。

4、排版、接线，首先，根据仿真图上各器件的位置，排好所要用的芯片，注意尽可能的排得合理，稀松，因为我们所用的芯片插板先对比较小的，且电路比较复杂。第二，接线时应该一个一个模块接，接好后依次检查，切忌接完所有电路时在检查，那样一旦接错检查就非常困难。

5、调试，当接完所有的线后，打开电源，调试、验证电路是否符合要求。

6、验收，当电路完全符合要求且正确时，可让指导老师验收并考虑做拓展功能。