簡易交通燈控制邏輯電路設計.doc

1、簡易交通燈控制邏輯電路設計一、設計任務與要求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、方案設計與論證根據(jù)設計任務與要求，我們可以知道這個交通燈的設計是分主次干道的，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數(shù)器，根據(jù)我自己的經(jīng)驗， 東西方向通行 15s 完，倒計時數(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

2、計一個16 進制和一個 11 進制的計數(shù)器，根據(jù)我們所學和知識，可以用兩片74192 芯片來構成對應進制的計數(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)功能來實現(xiàn)兩種進制計數(shù)器之間的切換；當然還有每個方向倒計時只有5s 時，黃燈閃，一直到0 為止，由于黃燈是當兩個計數(shù)器倒計時到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，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 計計數(shù)進黃 燈時

3、間交通緊急開圖 11) 正常運行時首先倒計時預置數(shù)，通過秒脈沖源給倒計數(shù)器發(fā)送秒脈沖，倒計時器開始倒計時，驅(qū)動時間顯示器顯示，并且交通燈也正常運行，當?shù)褂嫊r器計到5s 時，我們當然同時可以在時間顯示器上看到，這時倒計時器驅(qū)動黃燈控制器，使正在亮綠燈方向的黃燈閃爍，當?shù)褂嫊r器計到0 時，驅(qū)動計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器，使倒計時器預置為另一個進制，并同時控制和改變交通燈的顯示，其實就是計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器既可以完成進制轉(zhuǎn)換，也同時充當了交通燈的轉(zhuǎn)換功能。如此往復循環(huán)。2) 緊急情況時當按下緊急開關時，倒計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)緊急情況后恢復正常時通過緊急開關可以切換

4、哪個方向先通行。方案二：交通燈控制原理圖：555計數(shù)進交通燈選通 道 選交 通緊急開圖 21) 正常運行時由 555 定時器計時，驅(qū)動交通燈選擇器控制交通燈的顯示，當一個方向的計數(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)動計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到另一個進制，由計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器預置 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，其中 555 定時器是由電阻和電容來控制定時時間，其中的計數(shù)進制轉(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)器構成一個四進制的計數(shù)器， 其中兩個輸出端就可以來作為計數(shù)進制轉(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) 緊急情況時當按下緊急開關時，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 定時器來計時，所以無法顯示倒計時的時間， 并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復正常時也不能通過緊急開關切換哪個方向先通行。我覺得第一個方案更符合我們的實際要求，所以我選擇了第一個方案。三、單元電路設計1倒計時計數(shù)器這里是采用兩片 74192 兩片芯片構成 16 和 11 進制計數(shù)器，控制個位數(shù)字的 74192 的減計數(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 分別接倒計時計數(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，應把此 74138 的使能端 G1由

7、倒計時計數(shù)器中的控制十位數(shù)字的 74192 的輸出端 QA與由倒計時計數(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（計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器）信號燈轉(zhuǎn)換器其實就是由計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)，即一個JK 觸發(fā)器，其中J、K 端都同時接高電平，即構成了一個 T 觸發(fā)器，目的就是實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時鐘輸入端是由倒計時計數(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緊急開關該開關這里用的是單刀雙擲開關，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，該端還接入到倒計時計數(shù)器兩片74192 的清零端。另一端是不起作用，其實也可以用一個單刀單擲開關，該開關不僅能夠在發(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，第一次開始進入正常

10、運行狀態(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軟件中打開設計好的仿真電路，點擊開啟運行，剛開始是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；分析：由于倒計時計數(shù)

11、器中控制個位數(shù)字的74192 的輸入輸入端 A、C是同時接在計數(shù)進制轉(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 進制的計數(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：當數(shù)碼管顯示為05 時，說明倒計時計數(shù)器已經(jīng)計數(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構成的，該芯片的輸入端A、B、C分別接倒計時計數(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，應把此74138 的使能端G1由倒計時計數(shù)器中的控制十位數(shù)字的 74192的輸出端 QA與由倒計時計數(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 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11 進制倒計數(shù)完成之后，到數(shù)碼管顯示為00 時，就馬上驅(qū)動計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器也即信號燈轉(zhuǎn)換電路，因為它就是一個下降沿觸發(fā)的JK 觸發(fā)器構成的，其中J、 K端都同時接高電平，即構成了一個T 觸發(fā)器，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時鐘輸入端是由倒計時計數(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 11(15) 進制倒計數(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，由以上單元電路設計中的倒計時計數(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，則此時個位的二進制編碼是0101 即十進制的 5，并且同時置數(shù)，這樣就實現(xiàn)了進制轉(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，一旦按下緊急開關，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，當需要恢復正常通行就可以彈開緊急開關，就一切顯示都會恢復正常，并且我們可以注意到，在按下緊急開關時如果是東西方向通行的話，彈開緊急開關后，是首先恢復南北方向通行，反之，是首先恢復東西方向通行；分析：由以上單元電路設計中緊急開關交通燈顯示電路的設計可知，當按下緊急開關倒計時計數(shù)器一直處于清零狀態(tài)，所以顯示 00；并且緊急開關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時，信號燈轉(zhuǎn)換電路也即計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器中的 JK 觸發(fā)器保持了按下緊急開關之前的次態(tài)， 當彈開緊急開關時，由于倒計時器是處于 00 狀態(tài)，這時就會給計數(shù)進制轉(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來控制恢復通行的第一次是哪個方向首先通行