交通灯控制逻辑电路设

交通灯控制逻辑电路设计交通灯控制逻辑电路设计 07 电信 2 班王伟鸿 210791067 一一 简述简述 为了确保十字路口的车辆顺利 畅通地通过 往往都采用自动控制的交通信号灯来 进行指挥 其中红灯 R 亮 表示该条道路禁止通行 黄灯 Y 亮表示停车 绿灯 G 亮表示允许通行 交通灯控制器的系统框图如图 1 所示 图图 1 1 交通灯控制器的系统框图交通灯控制器的系统框图 二 设计任务和要求 设计一个十字路口交通信号灯控制器 其要求如下 1 满足如图 2 顺序工作流程 南北向绿灯亮 东西向红灯亮占 10S 南北向黄灯亮 东西向红灯亮占 2S 南北向红灯亮 东西向绿灯亮占 10S 图图 2 2 交通灯顺序工作流程图交通灯顺序工作流程图 t t 为单位时间为单位时间 图中设南北方向的红 黄 绿灯分别为 NSR NSY NSG 东西方向的红 黄 绿灯 分别为 EWR EWY EWG 它们的工作方式 有些必须是并行进行的 即南北方向绿灯亮 东西方向红灯亮 南北方向黄灯亮 东西方向红灯亮 南北方向红灯亮 东西方向绿灯亮 南北方向红 灯亮 东西方向黄灯亮 2 应满足两个方向的工作时序 即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄 绿灯 时间之和 南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄 绿灯时间之和 时序工作流程 图见图 3 所示 图图 3 3 时序工作流程图时序工作流程图 图 3 中 假设每个单位时间为 2 秒 则南北 东西方向绿 黄 红灯亮时间分别 为 10 秒 2 秒 12 秒 一次循环为 24 秒 其中红灯亮的时间为绿灯 黄灯亮的时间 之和 黄灯是间歇闪耀 3 十字路口要有数字显示 作为时间提示 以便人们更直观地把握时间 具体为 当某方向绿灯亮时 置显示器为某值 然后以每秒减 1 计数方式工作 直至减到数为 0 十字路口红 绿灯交换 一次工作循环结束 而进入下一步某方向的工作循环 例如 当南北方向从红灯换成绿灯时 置南北方向数字显示为 12 并使数显计数 器开始减 1 计数 当减到绿灯灭而黄灯亮 闪耀 时 数显的值应为 2 当减到 0 时 此时黄灯灭 而南北方向的红灯亮 同时 使得东西方向的绿灯亮 并置东 西方向的数显为 12 南北向红灯亮 东西向黄灯亮占 2S 4 可以手动调整和自动控制 夜间为黄灯闪耀 5 在完成上述任务后 可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展 1 设某一方向 如南北 为十字路口主干道 另一方向 如东西 为次干道 主干道由于车辆多 行人多 而次干道的车辆 行人少 所以主干道绿灯亮的时间 可选定为次干道绿灯亮的时间的 2 倍或 3 倍 2 用 LED 发光二极管模拟汽车行驶电路 当某一方向绿灯亮时 这一方向的发 光二极管接通 并一个一个向前移动 表示汽车在行驶 当遇到黄灯亮时 移位发光 二极管就停止 而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动 红灯亮时 则另一 方向转为绿灯亮 那么 这一方向的 LED 发光二极管就开始移位 表示这一方向的车 辆行驶 三 可选用器材 1 NET 系列数字电子技术实验系统 2 直流稳压电源 3 交通信号灯及汽车模拟装置 4 集成电路 74LS74 74LS164 74LS168 74LS248 及门电路 5 显示 LC5011 11 发光二极管 6 电阻 7 开关 8 555 定时器 四 设计方案 根据设计任务和要求 参考交通灯控制器电路的逻辑电路主要框图 2 1 1 秒脉冲和分频器 因十字路口每个方向绿 黄 红灯所亮时间比例分别为 5 1 6 所以 若选 4 秒为一 单位时间 则计数器每 4 秒输出一个脉冲 2 交通灯控制器 由波形图可知 计数器每次工作循环周期为 12 所以可以选用 12 进制计数器 计数器 可以用单触发器组成 也可以用中规模集成计数器 这里我们选用中规模 74LS164 八 位移位寄存器组成扭环形 12 进制计数器 扭环形计数器的状态如表 2 1 所示 根据状 态表 我们不难列出东西方向和南北方向绿 黄 红灯的逻辑表达式 计数器输出南北方向东西方向 T Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 NSG NSY NSRENG EWY EWR 0 1 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 东西方向绿 EWG Q4 Q5 黄 EWY Q4 Q5 EWY EWY CP1 红 EWR Q5 南北方向绿 NSG Q4 Q5 黄 NSY Q4 Q5 NSY NSY CP1 红 NSR Q5 由于黄灯要求闪耀几次 所以用顶时标 1s 和 EWY 或 NSY 黄灯信号相 与 即可 3 显示控制部分 显示控制部分 实际是一个定时控制电路 当绿灯亮时 使减法计数器开始工作 用 对面的红灯信号控制 每来一个秒脉冲 使计数器减 1 直到计数器为 0 而停止 译码显示可用 74LS248 BCD 码七段译码器 显示器采用 LC5011 11 共阴极 LED 显示器 计数器采用可预置加 减法计数器 如 74LS168 74LS193 等 4 手动 自动控制 夜间控制 这可用一选择开关进行 置开关在手动位置 输入单次脉冲 可使用交通灯处在某一 位置上 开关在自动位置时 则交通信号灯按自动循环工作方式运行 夜间时 将夜 间开关接通 黄灯闪亮 5 汽车模拟运行控制 用移位寄存器组成汽车模拟控制系统 即当某一方向绿灯亮时 则绿灯亮 G 信号 使该路方向的移位通路打开 而当黄 红灯亮时 则使该方向的移位停止 如图 2 4 所示 为南北方向汽车模拟控制电路 五 电路图 根据设计任务和要求 交通信号灯控制器电路 如图 5 所示 图图 5 5 交通信号灯控制器电路交通信号灯控制器电路 六 参考电路简要说明 1 单次手动及脉冲电路 单次脉冲是由二个与非门组成的 RS 触发器产生的 当按下 K1 时 有一个脉冲输出使 74LS164 移位计数 实现手动控制 K2 在自动位置时 由秒脉冲电路经分频后 4 分频 输入给 74LS164 这样 74LS164 为每 4 秒向前移一位 计数一次 秒脉冲电路可用 晶振或 RC 振荡电路构成 2 控制器部分 他由 74LS164 组成扭环形计数器 然后经译码后 输出十字路口南北 东西二个方向 的控制型号 其中黄灯信号须满足闪耀 并在夜间时 使黄灯闪亮 而绿 红灯灭 3 数字显示部分 当南北方向绿灯亮 而东西方向红灯亮时 使南北方向的 74LS168 以减法计数器方式 工作 从数字 24 开始往下减 当减到 0 时 南北方向绿灯灭 红灯亮 而东西 方向红灯灭 绿灯亮 由于东西方向红灯信号 EWR 0 使与门关断 减法计数器工 作结束 而南北方向红灯亮 使另一方向 东西方向减法计数器开始工作 在减法计数器开始之前 由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据 图中接入 U D 和 LD 的信号就是由黄灯亮 为高电平 时 置入数据 黄灯灭 Y 0 而红灯亮 R 1 开始减计数 4 汽车模拟控制电路 这一部分电路参考图 6 当黄灯 Y 或红灯 R 亮时 RI 这端为高 H 电平 在 CP 移位脉冲作用下 而向前移位 高电平 H 从 QH 一直移到 QA 图中 74LD164 1 由 于绿灯在红灯和黄灯为高电平时 它为低电平 所以 74LS164 1QA 的信号就不能送到 74LS164 2 移位寄存器的 RI 端 这样 就模拟了当黄 红灯亮时汽车停止的功能 而 当绿灯亮 黄 红灯灭 G 1 R 0 Y 0 时 74LS164 1 74LS164 2 都能在 CP 移 位脉冲作用下向前移位 这就意味着 绿灯亮时汽车向前运行这一功能 图图 6 6 控制电路控制电路 实验小结 做完这次实验我有许多的感触 实验过程中我意识到了自己知识的缺陷 不扎实 还有就是做