簡易交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì).doc

1、簡易交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s。2東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s。3南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l0s 。4如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮。二、方案設(shè)計(jì)與論證根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我們可以知道這個交通燈的設(shè)計(jì)是分主次干道的，兩個方面的時間是不同的，東西方向通行15s，南北方向 10s，這就要求我們要有兩個計(jì)數(shù)器，根據(jù)我自己的經(jīng)驗(yàn)， 東西方向通行 15s 完，倒計(jì)時數(shù)字顯示器會顯示到0，然后切換到南北方向通行 10s 完之后， 倒計(jì)時數(shù)字顯示器也會顯示到0 之后然后切換到東西方向，這樣如此循環(huán)，這樣的話我們就要設(shè)

2、計(jì)一個16 進(jìn)制和一個 11 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，根據(jù)我們所學(xué)和知識，可以用兩片74192 芯片來構(gòu)成對應(yīng)進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，由于是15 和 10 之間循環(huán)切換，我們可以用利用JK 觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能來實(shí)現(xiàn)兩種進(jìn)制計(jì)數(shù)器之間的切換；當(dāng)然還有每個方向倒計(jì)時只有5s 時，黃燈閃，一直到0 為止，由于黃燈是當(dāng)兩個計(jì)數(shù)器倒計(jì)時到5 時開始閃，我們就可以在這時發(fā)出一個脈沖然后一直保持到0，或者是接收 05 這段時間的脈沖都可以控黃燈只在到了這段時間才亮；還有就是一個緊急開關(guān)，我們可以控制在出現(xiàn)緊急情況時使用清零端使之清零，并且紅燈直接接到電源，使之一直處于亮的狀態(tài)。方案一：交通燈控制原理圖：秒脈沖倒 計(jì)計(jì)數(shù)進(jìn)黃 燈時

3、間交通緊急開圖 11) 正常運(yùn)行時首先倒計(jì)時預(yù)置數(shù)，通過秒脈沖源給倒計(jì)數(shù)器發(fā)送秒脈沖，倒計(jì)時器開始倒計(jì)時，驅(qū)動時間顯示器顯示，并且交通燈也正常運(yùn)行，當(dāng)?shù)褂?jì)時器計(jì)到5s 時，我們當(dāng)然同時可以在時間顯示器上看到，這時倒計(jì)時器驅(qū)動黃燈控制器，使正在亮綠燈方向的黃燈閃爍，當(dāng)?shù)褂?jì)時器計(jì)到0 時，驅(qū)動計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器，使倒計(jì)時器預(yù)置為另一個進(jìn)制，并同時控制和改變交通燈的顯示，其實(shí)就是計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器既可以完成進(jìn)制轉(zhuǎn)換，也同時充當(dāng)了交通燈的轉(zhuǎn)換功能。如此往復(fù)循環(huán)。2) 緊急情況時當(dāng)按下緊急開關(guān)時，倒計(jì)時器一直處于清零狀態(tài)，車輛通行的交通燈四個方向的紅燈同時亮起。并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復(fù)正常時通過緊急開關(guān)可以切換

4、哪個方向先通行。方案二：交通燈控制原理圖：555計(jì)數(shù)進(jìn)交通燈選通 道 選交 通緊急開圖 21) 正常運(yùn)行時由 555 定時器計(jì)時，驅(qū)動交通燈選擇器控制交通燈的顯示，當(dāng)一個方向的計(jì)數(shù)完成之后會產(chǎn)生一個脈沖，給通道選擇器， 然后通道選擇器驅(qū)動計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到另一個進(jìn)制，由計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器預(yù)置 555 定時器的定時時間，然后再驅(qū)動交通燈選擇器控制交通燈的顯示，如此往復(fù)，其中 555 定時器是由電阻和電容來控制定時時間，其中的計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器就可用一個數(shù)據(jù)分配器 74138 來選擇所需電阻的大小來控制，通道擇器就可用兩個 JK 觸發(fā)器構(gòu)成一個四進(jìn)制的計(jì)數(shù)器， 其中兩個輸出端就可以來作為計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器

5、74138 的輸入，并且這兩個輸出端還可作為交通燈選擇器 74138 的輸入。2) 緊急情況時當(dāng)按下緊急開關(guān)時，使交通燈選擇器的使能端為 0，各個方向的紅燈直接接到電源，這樣可以使車輛通行的交通燈四個方向的紅燈同時亮起。選擇：通過這兩個方案的對比，由第二個方案用的是555 定時器來計(jì)時，所以無法顯示倒計(jì)時的時間， 并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復(fù)正常時也不能通過緊急開關(guān)切換哪個方向先通行。我覺得第一個方案更符合我們的實(shí)際要求，所以我選擇了第一個方案。三、單元電路設(shè)計(jì)1倒計(jì)時計(jì)數(shù)器這里是采用兩片 74192 兩片芯片構(gòu)成 16 和 11 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制個位數(shù)字的 74192 的減計(jì)數(shù)控制端接 1HZ的

6、脈沖輸入，其中輸入端 A、C 是接在一起并接在進(jìn)制控制器的輸出端。其中兩個 74192 的置數(shù)端是由控制十位數(shù)字的 74192 一個高位輸出端 QD 通過一個非門接過來的， 并且低位輸入端 A 接高電平，控制十位數(shù)字的 74192 的減計(jì)數(shù)控制端接控制個位數(shù)字的 74192 的借位輸出端 BO。兩個 74192 的清零端都接在緊急開關(guān)的一端。如下圖：圖 32黃燈控制電路這里是采用數(shù)據(jù)分配器 74138，該芯片的輸入端 A、 B、 C 分別接倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的控制個位數(shù)字的 74192 的輸出端 QA、QB、QC，為了保證是在顯示器只是在顯示 05s 時黃燈亮，應(yīng)把此 74138 的使能端 G1由

7、倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的控制十位數(shù)字的 74192 的輸出端 QA與由倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的控制個位數(shù)字的74192的輸出端 QD通過一個或門再經(jīng)過一個非門接過去。然后 6 輸出端 Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、 Y5都分別經(jīng)過一個非門然后都接入一個或門，那么或門的輸出端就是接黃燈的，也即黃燈控制器的輸出端。如下圖：圖 43信號燈轉(zhuǎn)換電路（計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器）信號燈轉(zhuǎn)換器其實(shí)就是由計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，即一個JK 觸發(fā)器，其中J、K 端都同時接高電平，即構(gòu)成了一個 T 觸發(fā)器，目的就是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時鐘輸入端是由倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的兩片 74192 的八個輸出端經(jīng)過一個或門然后經(jīng)過一個非門接入。如下圖：圖 54交

8、通燈顯示電路一個方向的紅燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端Q 和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個或門接入，黃燈是由信號燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端Q 和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門以及一個黃燈控制電路的輸出端經(jīng)過一個1HZ 的脈沖源，這三個輸出端再經(jīng)過一個與門接入，綠燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端Q 和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門，這兩個輸出端再經(jīng)過一個與門接入；另一個方向的紅燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端 Q 和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個或門接入，黃燈是由信號燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端 Q和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門以及一個黃燈控制電路的輸出端經(jīng)過一個 1HZ 的脈沖源，這三個輸出端再經(jīng)過一個

9、與門接入，綠燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端 Q和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門，這兩個輸出端再經(jīng)過一個與門接入。其中還加入一人行道的信號燈，這些燈的接法就是紅燈接在相鄰車輛信號燈的綠燈上，綠燈接在相鄰車輛信號燈的紅燈上即可，也就是該方向上的車輛通行，人行道就禁通行，反之，人行道通行。如下圖：圖 65緊急開關(guān)該開關(guān)這里用的是單刀雙擲開關(guān)，一端就是接入每個交通燈，直接接紅燈，其它燈是經(jīng)過了一個非門接入，該端還接入到倒計(jì)時計(jì)數(shù)器兩片74192 的清零端。另一端是不起作用，其實(shí)也可以用一個單刀單擲開關(guān)，該開關(guān)不僅能夠在發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮。在處理完緊急事件后，第一次開始進(jìn)入正常

10、運(yùn)行狀態(tài)時還可以通過它控制切換選擇哪個方向開始先通行。圖 7四、總原理圖及元器件清單1總原理圖圖 82元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注1PM57711HZ/50%2脈沖發(fā)生器274LS1922計(jì)數(shù)器3CL-51614四輸入紅色數(shù)碼管474LS1121JK 觸發(fā)器5CD407828 輸入或門6CD4073B23 輸入與門77HC08N22 輸入與門8CC407132 輸入或門974LS04D10非門10741381數(shù)據(jù)分配器11LH61RGY1728模擬交通燈五、仿真調(diào)試與分析：1在 EWB軟件中打開設(shè)計(jì)好的仿真電路，點(diǎn)擊開啟運(yùn)行，剛開始是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；分析：由于倒計(jì)時計(jì)數(shù)

11、器中控制個位數(shù)字的74192 的輸入輸入端 A、C是同時接在計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器中的 JK 觸發(fā)器的正向輸出端Q，而在電路剛啟動時JK 觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)為 O，所以剛開始是 11 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，控制的就是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。效果如下圖：圖 925s 過后數(shù)碼管顯示為05 時，黃燈就開始閃爍， 一直閃到數(shù)碼管顯示為00 為止，其中紅綠燈狀態(tài)是不變的；分析：當(dāng)數(shù)碼管顯示為05 時，說明倒計(jì)時計(jì)數(shù)器已經(jīng)計(jì)數(shù)到了只有5s的狀態(tài)，此時驅(qū)動黃燈控制電路，并不影響其他電路的工作，由于黃燈控制電路是由一個74138構(gòu)成的，該芯片的輸入端A、B、C分別接倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的控制個位數(shù)字的74192 的輸出端 QA

12、、QB、QC，為了保證是在顯示器只是在顯示05s 時黃燈亮，應(yīng)把此74138 的使能端G1由倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的控制十位數(shù)字的 74192的輸出端 QA與由倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的控制個位數(shù)字的 74192 的輸出端 QD通過一個或門再經(jīng)過一個非門接過去， 這樣就只有當(dāng) QA為 0，并且 QD也為 0 時才開啟此塊芯片。由于 74138 的輸出端是低電平有效， 所以 6 輸出端 Y0、Y1、Y2、 Y3、Y4、 Y5 都分別經(jīng)過一個非門然后都接入一個或門，那么或門的輸出端就是接黃燈的。效果如下圖：圖 10圖 113然后切換到東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，10s 過后開始黃燈閃爍，一直閃到數(shù)碼管顯示為00

13、 為止，其中紅綠燈狀態(tài)是不變的；分析：當(dāng)11 進(jìn)制倒計(jì)數(shù)完成之后，到數(shù)碼管顯示為00 時，就馬上驅(qū)動計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器也即信號燈轉(zhuǎn)換電路，因?yàn)樗褪且粋€下降沿觸發(fā)的JK 觸發(fā)器構(gòu)成的，其中J、 K端都同時接高電平，即構(gòu)成了一個T 觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時鐘輸入端是由倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的兩片74192 的八個輸出端經(jīng)過一個或門然后經(jīng)過一個非門接入，在不需要翻轉(zhuǎn)的時間段里， 時鐘輸入端一直輸入的是低電平，一旦當(dāng) 11(15) 進(jìn)制倒計(jì)數(shù)到 00 時，會使得時鐘輸入端輸入1，從 01，即產(chǎn)生了一個下降沿，使JK 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，使得次態(tài)為 1，由以上單元電路設(shè)計(jì)中的倒計(jì)時計(jì)數(shù)器可知，此時控制個位數(shù)字的7419

14、2 的輸入端A、C 都為 1，則此時個位的二進(jìn)制編碼是0101 即十進(jìn)制的 5，并且同時置數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)制轉(zhuǎn)換，并且在轉(zhuǎn)換的同時，由交通燈顯示電路的輸入端可知同時也轉(zhuǎn)換了交通燈的顯示；效果如圖 11。4在任何時候都可以按下緊急開關(guān)，一旦按下緊急開關(guān)，四個方向的交通燈只有紅燈全亮，并且同時數(shù)碼顯示管都顯示為 00，當(dāng)需要恢復(fù)正常通行就可以彈開緊急開關(guān)，就一切顯示都會恢復(fù)正常，并且我們可以注意到，在按下緊急開關(guān)時如果是東西方向通行的話，彈開緊急開關(guān)后，是首先恢復(fù)南北方向通行，反之，是首先恢復(fù)東西方向通行；分析：由以上單元電路設(shè)計(jì)中緊急開關(guān)交通燈顯示電路的設(shè)計(jì)可知，當(dāng)按下緊急開關(guān)倒計(jì)時計(jì)數(shù)器一直處于清零狀態(tài)，所以顯示 00；并且緊急開關(guān)的有效端就是直接接到了紅燈，其它燈是通過了一個非門才接入，所以只有紅燈亮；由于在按下緊急開關(guān)時，信號燈轉(zhuǎn)換電路也即計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器中的 JK 觸發(fā)器保持了按下緊急開關(guān)之前的次態(tài)， 當(dāng)彈開緊急開關(guān)時，由于倒計(jì)時器是處于 00 狀態(tài)，這時就會給計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器一個下降沿，使得 JK 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，如果原來是 1，現(xiàn)在就是 0，反之，現(xiàn)在就為 1， 這樣就可以通過緊急開關(guān)來控制恢復(fù)通行的第一次是哪個方向首先通行