交通信号灯控制电路.docx

交通信号灯控制电路 一、 设计任务与要求 1.设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆 交替运行，每次通行时间都设为 25S。 2.要求黄灯先亮 5S，才能变换运行车道。 3.黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。 二、 实验设备 数字电路实验箱，函数信号发生器 74LS00,74LS20,74LS74,74LS74,74LS153,74LS163,NE555, 发光二极管。 三、 设计原理与参考电路 1交通等信号灯控制的系统框图 如图所示。电路主要由控制器，定时器，译码器，和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是此系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。 TL :表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔，为 25S，及车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL =1，否则TL =0； TY ：表示黄灯亮的时间间隔为 5S。定时时间到，TY =1，否则 TY =0； ST ：表示定时器到了固定的实际那后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。 2交通信号灯控制器的 ASM（Algorithmic State Machine） 第一种状态：甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定时间间隔时，控制器发出状态信号 ，转到下一个工作状态。 第二种状态：甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未经过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔 时，控制器发出状态转换信号 ，转到下一工作状态。 第三种状态：甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通许。绿灯亮足规定时间间隔时，控制器发出状态转换信号 ，转到下一个工作状态。 第四种状态：甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上未经过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定时间间隔 时，控制器发出状态转换信号 ，系统又转换到第一种工作状态。 交通信号灯以上四种工作状态的转换是由控制器进行控制的。设控制器的四种状态编码为 00,01,11,10，并分别用 S0，S1，S3，S2 表示，则控制器的工作状态机及功能如表一所示，控制器应送出甲，乙车道红黄绿灯的控制信号。简化规定如下： AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮； AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮； AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮； 控制状态 信号灯状态 车道运行状态 S0(00) 甲绿，乙红 甲车道运行，乙车道禁止通行 S1(01) 甲黄，乙红 甲车道缓行，乙车道禁止通行 S3(11) 甲红，乙绿 甲车道禁止通行，乙车道通行 S4(10) 甲红，乙黄 甲车道禁止通行，乙车道缓行 由此得到交通灯的 ASM 图，如图所示 3单元电路的设计 （1） 定时器。定时器由同步的计数器构成，要求计数器在状态信号 作用下，首先清零，然后再时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增 1 技术，向控制器提供模 5 的定时信号 和模 25 的定时信号 。 计数器选用集成电路 74LS163 进行设计、74LS163 是 4 位二进制同步计数器，它具有同步清零，同步置数的功能。74LS163 的引脚排列图和时序波形图如图 a 所示，波形图如 b 所示，功能表如 c 所示。 （a） (b) 由两片 74LS163 级联组成的定时器电路图如下: （2） 控制器。控制器是交通管理的核心，他应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从 ASM 图可以列出控制器的状态转换表，如表所示。选用两个 D 触发器为时序寄存器产生 4 种状态，控制信号状态转换的条件为TL和TY ，当控制器处于状态时，如果=0，则控制器保持在 00 状态；否则控制器转换到=01 状态。这两种装情况与TY 无关，所以用无关项”X”表示。其余情况类推，表中列出了状态转换信号ST 。 根据上表得出方程： 根据以上方程，选用数据选择器 74LS153 来实现每个 D 触发器的输入函数，将触发器的现态值（Q1n Q0n）加到 74LS153 的数据选择输入端作为控制信号，即可实现控制器的能。控制器的逻辑图如图所示。图中 R,C 构成上电复位电路。 （3） 译码器。译码器的主要任务是将控制器的输出Q1 Q0 的四种工作状态，译码成甲，乙车道上 6 个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如下表所示： 状态 AG AY AR BG BY BR 00 1 0 0 0 0 1 01 0 1 0 0 0 1 11 0 0 1 1 0 0 10 0 0 1 0 1 0 综合电路图如下： 四、实验思考 可以用 7