(完整word版)交通燈控制電路的設(shè)計(jì)

1、交通燈控制電路的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制器，控制A,B兩條交叉道路上的年輛通行,東a方向?yàn)橹鞲傻繟,南北方向?yàn)楦备傻繠：具體要求如下:1、每條道路設(shè)一組信號(hào)燈，每組信號(hào)燈有紅.黃、綠3個(gè)燈組成，綠燈表示允許通過(guò)，紅燈表示禁止通行，黃燈表示該車(chē)道上己過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行,未過(guò)停午線的午輛停止通行。2、主十道通行40秒，南北通行時(shí)間為20秒。3、每次變換通行車(chē)道之前，耍求黃燈先亮5s,才能變換通行車(chē)道。4、黃燈亮?xí)r，要求每秒閃爍一次。二、方案設(shè)計(jì)與論證首先根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求，經(jīng)過(guò)分析得出要設(shè)計(jì)的這個(gè)交通燈控制電路的功能滿足以下兒點(diǎn):1、控制主干道A與副干道B的信號(hào)燈的亮

2、滅。2.可以對(duì)主干道與副干道的信號(hào)燈亮的時(shí)間進(jìn)行倒數(shù)計(jì)時(shí)。3.實(shí)現(xiàn)黃燈的每秒閃爍。因此我們可以知道此電路應(yīng)包含振蕩電路、計(jì)數(shù)器電路、譯碼顯示、主控制電路和信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)器等五個(gè)部分，并分析«原理圖如圖1所示并作出以下兩種方案。圖1將整個(gè)電路工作循環(huán)周期65S作為總時(shí)間，用74LS192芯片在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分段，依次是40S主干道綠燈亮副干道紅燈亮，5S主干道黃燈閃爍，20S支干道紅燈亮副干道綠燈亮，5S副干道黃燈閃爍。再根據(jù)每一段的輸出信號(hào)不同用基本邏31門(mén)電路連接交通燈來(lái)實(shí)現(xiàn)每段時(shí)間不同的燈亮。此方案易于分析理解，缺 點(diǎn)是相對(duì)于第二種方案可操作行比較差.需要的原件比較多，看起來(lái)比較復(fù)

3、雜, 不易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)性價(jià)比校低。方案二:對(duì)紅綠燈時(shí)段分別倒數(shù)計(jì)時(shí)，運(yùn)用紅綠燈變化時(shí)的高低電平對(duì)74LS192芯丿十 進(jìn)行a數(shù)，使之能分別進(jìn)行40S、5S、20S倒數(shù)計(jì)時(shí)，再通過(guò)74LS160芯片的輸 出端進(jìn)行各種邏輯組合運(yùn)算控制紅黃綠三種燈的亮滅，通過(guò)555定時(shí)器提供的脈 沖信號(hào)控制黃燈的閃爍。此方案與方案一相比更易操作，用到的邏輯運(yùn)算器件也 比方案一耍少，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用時(shí)可用性好，性價(jià)比較高。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1、振蕩電路555定時(shí)器是一種模擬利數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，具有成本低, 性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，只需外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器以及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)

4、生與變換電路。555定時(shí)器的功能表如下:壽辿發(fā)端TH低絶發(fā)鑰Q詼電管T功能0XX0導(dǎo)通盲接清寒101X保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)110X保持上一狀態(tài)*(呆持上一狀態(tài)001置11110導(dǎo)謹(jǐn)截止脈沖信號(hào)源選用555定時(shí)器產(chǎn)生，頻率為IHz,根據(jù)555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器原理，可得出公式：振蕩周期為T(mén)=O7(R1+R2)C和振蕩頻率為f=l/To各項(xiàng) 數(shù)據(jù)可為R1=47KQ, R2=51KQ, Cl=10uF>C2=10nF,根據(jù)555定時(shí)器的功能實(shí)現(xiàn) 效果來(lái)連接電路，其電路圖如圖2所示。圖2振蕩電路R251kR147kU11C1 lOuT5H呂 ozG9666I C2lOnF2、計(jì)數(shù)器電路電

5、路工作循環(huán)周期為65S,主干道紅燈為20S,綠燈為40S,副干道上紅燈 40S.綠燈20S,黃燈5S,本設(shè)計(jì)我選用了 74LS192和74LS160, 74LS192芯片具 有倒數(shù)計(jì)時(shí)清零置數(shù)功能，用來(lái)進(jìn)行倒數(shù)計(jì)時(shí).74LS192的引腳排列和邏輯符號(hào)如下圖所示:UJUJUJLiJbJliJLJLdP1 5%5 他 090(a)VqC P« MP ICo ICU Pt P2 P3 而而冋肓而耐冋rnPOQOPlQIP2Q2P3Q3CPUTCbCPdTCdPLMR(b)5415二"93267(b)邏輯符號(hào)(a)引腳排列圖中：其中CPU為加法計(jì)數(shù)端，CPn為減法計(jì)數(shù)端，P0、P1

6、、P2、P3為計(jì) 數(shù)器輸入端，MR為清除端，Q1、Q2、Q3、Q4為數(shù)據(jù)輸出端。74LS192的功能表如下：輸入輸出HRPLP3P2PlPOQ3Q2QIQOIXxXXXXX000000XXdcbadcba0IIXXXX加計(jì)數(shù)0IIXXXX減計(jì)數(shù)74LS160是加法計(jì)數(shù)器用來(lái)進(jìn)行同步計(jì)數(shù)來(lái)控制信號(hào)燈的亮滅。74LS160的 功能表如下:時(shí)鐘CP同步s數(shù)ToEPliTI. fl-狀態(tài)X0XXXtI0XXXII0IXIIX0tIIIL其中當(dāng)使能端EP=ET=1時(shí)，為計(jì)數(shù)狀態(tài)。計(jì)時(shí)器電路分兩部分，倒數(shù)計(jì)時(shí)部分和加法計(jì)時(shí)部分。倒數(shù)計(jì)時(shí)部分電路如圖3所示，加法計(jì)時(shí)部分電路如圖4所示。S "T&q

7、uot;DO00D1QI0202D303UPTCUONTCDPLMR74LSW210"911UPDNTCUTCO74LS1927 Toisyj6DOD-l02D3EZPEZT CLK LOAO rviFiS 160QO Q1Q2Q3 HCO14TaTT Ts3、譯碼顯示此部分電路的作用是將倒數(shù)計(jì)數(shù)器電路中的數(shù)值通過(guò)數(shù)碼顯示管顯示出來(lái) 便于人們可以直接觀察，此電路通過(guò)555定時(shí)器輸入脈沖信號(hào)到74LS192芯片再 接數(shù)碼顯示管，使數(shù)值以倒數(shù)計(jì)時(shí)方式顯示出來(lái)，預(yù)置主干道顯示器為40秒.然后以每秒減1計(jì)數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，然后預(yù)置主干道顯示器為 5秒，然后以每秒減1計(jì)數(shù)方式工作

8、，直至減到數(shù)為“0”，接著副干道分別預(yù) 置20秒和5秒，以每秒減1計(jì)數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，一次工作循環(huán) 結(jié)束，而進(jìn)入下一方向的工作循環(huán)。其電路圖如圖5所示。U2” UWCMOB86882588WO1080»8ncDIVCHTCtKLOW廠、U10Q圖5譯碼顯示電路4. 主控制電路主控制電路主耍是74LS192芯片輸出的信號(hào)到數(shù)碼顯示管，每次計(jì)時(shí)完成后 此輸出信號(hào)通過(guò)基本邏輯運(yùn)算對(duì)74LS192和74LS160芯片進(jìn)行重新置數(shù)使得整個(gè) 交通燈控制系統(tǒng)能循環(huán)的進(jìn)行下去。其電路圖如圖6所示。5、信號(hào)燈譯碼器電路此部分電路是為了將計(jì)數(shù)器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榧t黃綠三種顏色的燈變化所 需的

9、信號(hào)，通過(guò)計(jì)數(shù)器74LS160輸出的信號(hào)進(jìn)行基本邏輯運(yùn)算控制紅燈和綠燈的 亮滅，黃燈的閃爍則是通過(guò)74LS160輸出地信號(hào)和555定時(shí)器所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的。其電路圖如圖7所示。CTUV.AAh®I 圖7信號(hào)燈譯碼器電路四、總電路工作原理及元器件清單1 .總原理圖IIITAr2電路完整工作過(guò)程描述（總體工作原理）該電路的工作原理：剛開(kāi)始時(shí)，計(jì)數(shù)器74LS160的輸入端全部接地，通過(guò) 計(jì)數(shù)器74LS160輸出的信號(hào)進(jìn)行基本邏輯運(yùn)算控制紅燈和綠燈的亮滅，黃燈的 閃爍則是通過(guò)74LS160輸出地信號(hào)和555定時(shí)器所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn) 算實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)計(jì)數(shù)器74LS160輸

10、出的信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯器件的關(guān)系控制作為計(jì)數(shù) 器74LS192的輸入，計(jì)數(shù)器74LS192會(huì)預(yù)置數(shù)40秒，然后在信號(hào)脈沖的作用 下和555定時(shí)器的共同作用下開(kāi)始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)倒為零時(shí)，每次計(jì)時(shí) 完成后此輸出信號(hào)通過(guò)基本邏輯運(yùn)算對(duì)74LS192和74LS160芯片進(jìn)行重新置數(shù) 使得整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)能循環(huán)的進(jìn)行下去。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主干道，副干道的綠 燈、黃燈和紅燈的亮滅的控制，讓它實(shí)現(xiàn)我們想要的功能。3.元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注Ub U274LS1922計(jì)數(shù)器U374324或門(mén)U474332或非門(mén)U574031與非門(mén)U674LS1601計(jì)數(shù)器U774044非門(mén)U87SEG-BCD2數(shù)碼管

11、U9, U1074088與門(mén)U115551定時(shí)器U12res47k,51k2電阻U13caplOnFJOuF2電容U14,U15TRAFFIC LIGHTS2交通燈五、仿真調(diào)試與分析在Proteus軟件中對(duì)電路進(jìn)行了仿真調(diào)試，得到了測(cè)試效果如圖8到圖11 所示四種狀態(tài)。由于74LS192芯片可以進(jìn)行倒數(shù)計(jì)時(shí)，74LS160芯片的輸入端全 部接地，故信號(hào)燈的輸入信號(hào)是由這兩種芯片的信號(hào)以及555定時(shí)器所產(chǎn)生的脈 沖信號(hào)進(jìn)行各種邏輯運(yùn)算得到的，總共可得到以下幾種結(jié)果:1、前40S內(nèi)主干道綠燈亮，副干道紅燈亮，見(jiàn)圖8：HiUST 目1ilNil圖104、最后5S主干道紅燈亮，副干道黃燈閃爍，見(jiàn)圖Ih

12、f:E圖11bhhil3bkbkl六、結(jié)論與心得結(jié)論:交通燈的整體控制電路經(jīng)過(guò)Proteus軟件的測(cè)試，倒計(jì)時(shí)以及信號(hào)燈變化等 功能均可實(shí)現(xiàn)，只要開(kāi)始接通電路，電路便可自動(dòng)運(yùn)行，主干道先倒計(jì)時(shí)40S 且綠燈亮，副干道倒計(jì)時(shí)40S且紅燈亮，主干道的車(chē)輛可以口由通行；然后主干 道黃燈閃爍5S副干道紅燈不變，這能夠提醒主干道過(guò)線的午輛快速穿越；接著 副干道倒計(jì)時(shí)20S且綠燈亮同時(shí)主干道倒計(jì)時(shí)20S且紅燈亮，副干道的車(chē)輛可 以白由通行；最后副T道黃燈閃爍5S且主干道紅燈不變，這能夠提醒副干道過(guò) 線的車(chē)輛快速穿越。仿真結(jié)果得到預(yù)期效果，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。心得:這次設(shè)計(jì)交通燈控制電路，可以說(shuō)給我?guī)?lái)了很大的體

13、會(huì)。剛開(kāi)始的時(shí)候, 不知道從何做起，不知道怎么設(shè)計(jì)方案。于是，就去査找資料，包括翻閱相關(guān)的 書(shū)籍和上網(wǎng)査看，慢慢地才理清了一點(diǎn)頭緒。做了幾個(gè)方案都沒(méi)有想要的效果, 心里很著急，但最終還是冷靜了下來(lái)，再慢慢地分析，在兩個(gè)方案之間，終于敲 定了一個(gè)方案。中間遇到了很多的問(wèn)題，比如怎樣設(shè)計(jì)主控電路、信號(hào)發(fā)生器怎 樣設(shè)計(jì)、所用的芯片的功能如何、需耍的原件有什么、實(shí)際接上電路總是實(shí)現(xiàn)不 了想要的效果等等問(wèn)題。但都慢慢地理清里面的各種關(guān)系，思考著怎么做，需要 什么東西，不斷地動(dòng)手嘗試，尋找失敗的原因，追尋成功的原理一步一步地堅(jiān) 苻了下來(lái)，達(dá)到了效果，完成了想耍得到的東0,心中W是高）'名總Z,經(jīng)過(guò)這次的設(shè)計(jì)，我不但鞏固了前面所學(xué)到的知識(shí)，知道了知識(shí)的重 耍：也培養(yǎng)了我解決問(wèn)題的能力，提高了動(dòng)手的能力，將書(shū)本上的東西變活，并 且深刻地認(rèn)