完整word版交通燈控制電路設(shè)計(jì) 方案

1、交通燈控制電路設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通信號(hào)燈控制器，其中紅燈R亮，表示該條路禁止通 行；黃燈丫亮表示停車；綠燈G亮表示允許通行。其要求如下:1.設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為 NSR NSY NSG東西方向的紅、黃綠燈分別為EWR EWY EWG2. 滿足兩個(gè)方向的工作時(shí)序：東西方向紅燈亮的時(shí)間應(yīng)等于南北方向黃、綠燈亮的時(shí)間之和；南北方向紅燈亮的時(shí)間應(yīng)等于東西方向黃、綠燈亮的時(shí)間之和。一個(gè)周期為60秒，其中，綠燈亮25秒，黃燈亮5秒，紅燈亮30秒。其中NSG(EWR- NSR( EW)黃燈用于閃爍提示綠燈變?yōu)榧t燈。交通燈順序工作流程圖如圖1所示:Y南北向綠燈亮，東西向紅燈亮一一

2、占252南北向黃燈亮，東西向紅燈亮一一占5乞南北向紅燈亮，東西向綠燈亮一一占25南北向紅燈亮，東西向黃燈亮一一占5三圖1交通燈順序工作流程圖43. 十字路口要有數(shù)字顯示裝置，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間。具體要求為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置計(jì)數(shù)器為某一數(shù)值，然后以每秒減1的計(jì)數(shù) 方式工作，直至減到數(shù)為“ 0”十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，進(jìn)入另一個(gè)方向的工作循環(huán)。例如：當(dāng)南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時(shí)， 置南北方向 數(shù)字顯示為29,并使數(shù)顯計(jì)數(shù)器開始減“ 1”計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)到綠燈滅而黃燈 亮（閃耀）時(shí)，數(shù)碼管顯示的數(shù)值應(yīng)為 4,當(dāng)減法計(jì)數(shù)到“ 0”時(shí)，黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；

3、同時(shí)，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)碼管的顯 示為29。4. 可以通過(guò)開關(guān)將交通燈手動(dòng)調(diào)整為夜間狀態(tài)，夜間狀態(tài)為只有黃燈閃耀。黃燈一直閃耀，提醒過(guò)往行人注意。二、總體框圖:根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求，我們可以從三個(gè)部分考慮。1.交通燈的燈顯部分由于交通燈顯示的時(shí)間分別為綠燈亮 25秒，黃燈亮5秒，紅燈亮30 秒,所以燈顯時(shí)間周期為60秒。由于綠、黃、紅燈亮的時(shí)間比例為 5: 1: 6,所以計(jì)數(shù)器每工作循環(huán)周期為12,可以選用12進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。我選用了中規(guī)模 74LS164八位移位寄存器組成扭環(huán)形 12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。由74LS164來(lái)控制各路口燈的亮滅。另外，由于設(shè)計(jì)要求電路可以通過(guò)開關(guān)將交通

4、燈手動(dòng)調(diào)整為夜間狀態(tài)，夜間狀態(tài)為只有黃燈閃耀。所以，通過(guò)一單刀雙擲開關(guān)和與門來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開關(guān)打到 高電平時(shí)為正常工作狀態(tài)，打到低電平時(shí)為夜間狀態(tài)。2.數(shù)字顯示部分?jǐn)?shù)字顯示控制部分實(shí)際上是一個(gè)定時(shí)控制電路。當(dāng)綠或紅燈亮?xí)r，使減法計(jì)數(shù)器開始工作，每來(lái)一個(gè)秒脈沖，使計(jì)數(shù)器減1,直到計(jì)數(shù)器為“ 0”停止。由于燈顯部分的頻率是數(shù)顯部分頻率的1/5,所以要用一個(gè)單穩(wěn)態(tài)連接數(shù)顯和燈顯部分。譯碼顯示可由計(jì)數(shù)器輸出驅(qū)動(dòng) BCD碼七段譯碼器，計(jì)數(shù)器采用可預(yù)制 加、減計(jì)數(shù)器，且讓其工作在減法計(jì)數(shù)狀態(tài)。3.1Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖和分頻部分由于十字路口每個(gè)方向綠、黃、紅燈時(shí)間比例分別為5： 1： 6,所以，用 74LS160連為

5、5進(jìn)制計(jì)數(shù)器就可以實(shí)現(xiàn)，即選5秒為一單位時(shí)間，計(jì)數(shù)器每5秒 輸出一個(gè)脈沖。三、選擇器件燈顯部分74LS164 74LS104 74LS108 74LS11、74LS32、74LS861Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖 和分頻部分555 定時(shí)器、74LS160數(shù)碼顯示部分LED發(fā)光二極管、U2504R74LS0& 74LS04 74LS32 74LS192器件介紹:1.74LS16474LS164是8位移位寄存器，其邏輯功能表如下表:74LS164功能表ClearCkABOAQB QH0XXX00 * 010XXQAOQBO OHO11111a Ar * * * QGn10X0QAr * * QGn1X0a Ar

6、* *QGn其邏輯符號(hào)與管腳圖如下圖:CLRACLK74LS1 64N3_44o56_w_214 13 12 11 10 9374LS164耳 QO q Q2 Cp OD74LS164管腳圖74LS164為上升沿觸發(fā)，串行輸入，并行輸出，具有異步清零功能，當(dāng)CR=0時(shí),QA-QH全為0,當(dāng)孫=1時(shí)，若控制端A、B全為1時(shí)，輸出端由QA輸入1,且其它輸出端口依次為其前一時(shí)刻前一輸出端口的狀態(tài)；當(dāng)A、B全為0時(shí)，輸出端由QA輸入0,且其它輸出端口依次為其前一時(shí)刻前一輸出端口的狀態(tài)。2.74LS0474LS04是六反相器。反相器的功能表如下表所示:反相器功能表輸入A輸出丫1001其內(nèi)部原理圖與管腳圖

7、為下圖:匕 6A 6Y 5A 5Y 4A 4VRTi冋 冋 而冋in mVccnzi冋nn nn冋rn74LS04Ld LU U LJ Ld lJ LJlA IV 2A 2Y 3A 3Y GND74LS04管腳圖LU UJ LjJ LJ LlI LaJ UJ GND 74LS04內(nèi)部原理圖非門邏輯符號(hào)74LS04當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出等于低電平，而輸入為低電平時(shí)輸出等于高電平，輸出與輸入的電平之間是反相向關(guān)系。非門的邏輯表達(dá)式為：y=a3.74LS0874LS08為四輸入端與門。由其邏輯功能表與內(nèi)部原理圖如下圖:74LS08邏輯功能表ABY00001010011174LS08的邏輯表達(dá)式為：Y=

8、AB74L308內(nèi)部原理圖4.74LS1174LS11為三輸入的與門，由其邏輯功能表可得，其邏輯功能為“見0得0,全1得1”，即只要三個(gè)輸入端口中有一個(gè)為0,則輸出Z就為0,當(dāng)輸入全為1時(shí),ABCZ00000010010001101000101011001111才有輸出Z為1。“三輸入與門”邏輯功能表TY其管腳圖和內(nèi)部原理圖為：VH 1C TY iC 33 iX SY冋辱聞卯甲甲 LpED Itl S由由由 1A 13 :A二亡:r G?：D3輸人與門管腳圖其邏輯符號(hào)如下圖：d輸人與門內(nèi)部原理圖3輸人與門邏輯符號(hào)5.74LS3274LS32是二輸入或門,其邏輯符號(hào)和管腳圖如下圖所示Y=A+B一

9、丄1 74LS32回 El 回回因T4LS32邏輯符號(hào)nmH 3lAIBIT2E: YGND74LS32管腳圖或門的邏輯表達(dá)式為Y=A+B其邏輯功能表見下表。由其邏輯功能表可得，當(dāng)兩個(gè)輸入只要有一個(gè)為1時(shí)，輸出就是1,只有兩個(gè)輸入都為0時(shí)，輸出才是0，74LS32邏輯功能表輸入輸出ABY000011101111即“見1得1,全0得0”6.74LS8674LS86是二輸入異或門。其邏輯符號(hào)與管腳圖如下圖:Vh 4B 4a 4Y回 E 回回 EE GZI m74LS86邏輯符號(hào)74LS8674LS86邏輯功能表輸入輸出ABY000101011110其邏輯功能表如下圖:由由由由 1A 15 1T 2

10、A 20 OND74LS86管腳圖7.74LS160BCD 0 Q： Q： Q： KT LD74LS160為可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，其管腳圖如右圖所示。在CT74LS16（中 LD為預(yù)置數(shù)控制端，D0-D3為數(shù)據(jù)輸入端，C為進(jìn)位輸出端，RD為異步置零端，Q0-Q3位數(shù)據(jù)輸出端，EP和ET為工作狀態(tài)控制端。由其功能表可得，當(dāng)置數(shù)端為0時(shí)，輸出全為 U D; D. D; Di KP GND0。預(yù)置數(shù)端為0，當(dāng)脈沖到達(dá)時(shí)，計(jì)數(shù)器置數(shù)；當(dāng)置數(shù)和預(yù)置數(shù)端都為 1且EP=ET=1時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；當(dāng) EP=Q EP=1時(shí)，輸出不變，且RCO=0當(dāng)ET=1時(shí)，各輸出及RCCtE保持不變。QaOn同時(shí)

11、C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0則EP不論為何狀態(tài)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)也保持不變，但這時(shí)進(jìn)位輸出C等于0。當(dāng)RC=LD=EP=ET=1，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。從電路的0000狀態(tài)開始連續(xù)輸入16個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，電路將從1111的狀態(tài)返回0000的狀態(tài)，C端從高電平跳變至低電平。利用C端輸出的高電平或下降沿作為進(jìn)位輸出信號(hào)。CLK-LOAD CLRU1is74LS160NABCDO CRPTNNEEABCDQQQQ11174LS160功能表CPRDLDEP ET工作狀態(tài)X0XXX置零脈沖10XX預(yù)置數(shù)X110 1保持X11X 0保持(RCO=D脈沖111 1計(jì)數(shù)8.555定時(shí)器55定時(shí)器是由比較器C1和G

12、，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管Td三部分組成。其邏輯符號(hào)如右圖:也是比較器C1的輸入端，Vi2是比較器C2的輸入端。C1和C2的參考電壓Vri和Vr2由VCc經(jīng)三個(gè)五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端Vco懸空時(shí)，Vri=2/3Vcc,Vr2=1/3Vcco 女口 果Vco外接固定電壓，則g 475?51GHBTCC RdU0TRCO555邏輯符號(hào)DTHVr1=VCoVr2=1/2VcoRd是置零輸入端。只要在端加上低電平，輸出端Vo便立即被置成低電平,不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)必須使FD處于高電平。圖中的數(shù)碼1 8為器件引腳的編號(hào)。555定時(shí)器是種中規(guī)模集成電路，只要在外

13、部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。其內(nèi)部原理圖如右圖：(A)電路組成555集成定時(shí)器由四個(gè)部分feeb組成:1、基本RS觸發(fā)器：由兩個(gè)“與非”門組成2、比較器：C1、C2是兩個(gè)電壓j5kQ5tQeIeG,血555定時(shí)器內(nèi)部原理圖比較器3、分壓器：阻值均為5千歐的電阻串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成分壓器，為比較器 C1和C2提供參考電壓。4、晶體管開卷和輸出緩沖器晶體管 VT構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受Q端控制。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器 G3其作用是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。（B）基本功能當(dāng)5腳懸空時(shí)，比較器 G和G比較電壓分別為2/3Vcc和 1/3Vcco當(dāng)Vii2/

14、3Vcc, Vi21/3VCc時(shí)，比較器Ci輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0,放電三極管T導(dǎo)通，輸出端V。為低電平。當(dāng)Viiv2/3Vcc, Vi2Vl/3Vcc時(shí)，比較器ci輸出高電平，比較器 G輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1,放電三極管T截止，輸出端Vo為高電平。當(dāng)Viiv2/3Vcc，Vi21/3Vcc時(shí)，基本RS觸發(fā)器R =1、S =1,觸發(fā)器狀態(tài)不變,電路亦保持原狀態(tài)不變。綜合上述分析，可得 555定時(shí)器功能表如下表所示輸入輸出閾值輸入（VI1）觸發(fā)輸入（VI2）復(fù)位（陽(yáng)輸出（切放電管TXX00導(dǎo)通11截止L10導(dǎo)通1不變不變9.74LS19274LS192管

15、腳圖P1 01-Q0-CPy-0203-CND-)61 4 J ? 1 G2 3 4 5 6 7 fl74LS192的管腳圖與邏輯符號(hào)如下圖:11 15 ( 10 9 11110-120-nFt PO PI P2 P3CPjT和CPq%ME M 創(chuàng)(K W “326774LS192邏輯符號(hào)其功能表:MRCPuCPQModeHXXXRosot (Asyn.LLXXPreset (Asyn .)LHHHI4o ChangeLH/HCount UpLHHCount Down74LS192功能表74LS192為十進(jìn)制同步加、減計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘），既可進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，又可進(jìn)行 減法計(jì)數(shù)，且有異步置數(shù)和清零功

16、能。當(dāng)輸入脈沖接到CPU時(shí)，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)加法 計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入脈沖接到CPD時(shí)實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)。如下圖74LS192的管腳圖所示，P0,P3為輸人，Q0-Q3為輸出，MF為清零端，并且為高電平有效，MR=1時(shí)產(chǎn)生異步 清零信號(hào)，輸出為“ 0000”，因此在計(jì)數(shù)狀態(tài)下應(yīng)令 MR=0*為置數(shù)端，當(dāng)PL =0 時(shí)計(jì)數(shù)器置數(shù)。価、冗P分別為借位輸出和進(jìn)位輸出。g LED發(fā)光二極管LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫。發(fā)光二極管使用的材料與普通的硅二極管和鍺二極管UI4不同，有磷砷化傢、磷化傢、砷化傢等幾種，而且半導(dǎo)DCD HEX體中的雜質(zhì)濃度很高。當(dāng)外加正向電壓時(shí)，大量的電子 和

17、空穴在擴(kuò)散過(guò)程中復(fù)合，其中一部分電子從導(dǎo)帶躍遷 到價(jià)帶，把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，便發(fā)出一定波長(zhǎng)的可見光。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng), 具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、0、Q 1、Q 2、Q規(guī)格品種全等特點(diǎn)。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市 信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。管腳1234分別接輸出段的Q四、功能模塊1、交通燈燈顯模塊此模塊主要用74LS164來(lái)實(shí)現(xiàn)，74LS164是8位移位寄存器，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如 表1所示表1 74LS164狀態(tài)轉(zhuǎn)換表T計(jì)數(shù)器輸出南北方向東西方向Q0Q1Q2Q3Q4Q

18、5NSG NSYNSREWGEWYEWR0000000100001110000010000121100001000013111000100001411110010000151111100t0001611111100110070111110011008001111001100900011100110010000011001100110000010010t0由上面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表得到東西方向和南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達(dá)式，如表2所示東西方向南北方向5阱二影（卵了 = fisrr - CPX）表2東西方向和南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達(dá)式由于要求電路可以通過(guò)開關(guān)將交通燈手動(dòng)調(diào)整為夜間狀態(tài)，夜間狀態(tài)只

19、有黃燈 閃耀。所以通過(guò)一單刀雙擲開關(guān)和與門來(lái)實(shí)現(xiàn)， 同時(shí)加一反相器，使開關(guān)輸出的 信號(hào)經(jīng)反相器后輸入與門。開關(guān)打開的時(shí)候輸入是高電平，為正常工作狀態(tài)，開 關(guān)閉合的時(shí)候輸入是低電平，為夜間工作狀態(tài)，此時(shí)就只有黃燈閃耀，綠燈紅燈 都不亮了。燈顯模塊電路圖如圖12.5 V圖1燈顯模塊電路圖2.1Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖和分頻部分此模塊右半部分用555定時(shí)器連成多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖，多諧振蕩器的周期為 T=(R1+2R2)C In 2。選定 C 為 10nF,R1 為 0.901676MQ,則 R2 為 72.1501MQ。此模塊電路圖如圖34LS04N)RABCDrl?klc74LS16 ONOR45V4 5I

20、12V0.9018 6MOhm72.150IMOhm555 VI RTUAL100 Oh m10 nF10nFVCCRSTOUTDISTHRTRICONGND圖3 1Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖和分頻部分模塊電路圖在Multism2001中仿真次模塊，用示波器觀察分頻模塊，A、B輸入端口分別接秒脈沖的輸出和分頻電路的輸出。 下圖為觀察到的波形圖，由波形圖可得，波形1為波形2的5分頻波形?？梢姶四K的功能正確。t3.數(shù)字顯示控制部分此模塊選用十進(jìn)制同步加、減計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘）74LS192和七段數(shù)碼顯示管DCD_HE來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用74LS192的減法計(jì)數(shù)功能，把減計(jì)數(shù)脈沖輸入接秒脈沖,加計(jì)數(shù)脈沖輸入接高電平。每個(gè)路口用兩片74LS192設(shè)計(jì)為30進(jìn)制計(jì)數(shù)器，令第一片74LS192的借位輸出作為第二片的計(jì)數(shù)脈沖。數(shù)字顯示由29減到0,然后通過(guò)置數(shù)信號(hào)再次置為29，依次循環(huán)下去。觀察表1的74LS164狀態(tài)轉(zhuǎn)換表, 狀態(tài)5和狀態(tài)11時(shí)，黃燈閃爍，而此時(shí)恰好有 Q4 Q5狀態(tài)為1、0和0、1,若在此時(shí)采用一個(gè)異或門連接 Q4 Q5當(dāng)黃燈閃爍時(shí)異