交通灯控制逻辑电路设计

交交 通通 灯灯 控制逻辑电路设计控制逻辑电路设计 姓名 姓名 班级 班级 学号 学号 目录目录 1 简介简介 1 页页 2 设计任务和要求设计任务和要求 2 页页 3 可选用器材可选用器材 4 页页 4 设计方案提示设计方案提示 4 页页 5 参考电路参考电路 6 页页 6 参考电路简要说明参考电路简要说明 6 页页 7 心得体会心得体会 7 页页 一一 简述 简述 为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶 往往都采用自动控制的交通信号灯来进行为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶 往往都采用自动控制的交通信号灯来进行 指挥 其中红灯 指挥 其中红灯 R 亮 表示该条道路禁止通行 黄灯 亮 表示该条道路禁止通行 黄灯 Y 亮表示停车 绿灯 亮表示停车 绿灯 G 亮 亮 表示允许通行 表示允许通行 交通灯控制器的系统框交通灯控制器的系统框 图图 如图如图 3 1 所示 所示 二 设计任务和要求二 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 设计一个十字路口交通信号灯控制器 其要求如下 1 满足如图满足如图 3 2 顺序工作流程 顺序工作流程 图中设南北方向的红 黄 绿灯分别为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 东西方向的红 黄 绿灯 分别为分别为 EWREWR EWYEWY EWGEWG 它们的工作方式 有些必须是并行进行的 即南北方向绿灯它们的工作方式 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 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 方向黄灯亮 2 应满足两个方向的工作时序 东西方向红灯亮的时间应等于南应满足两个方向的工作时序 东西方向红灯亮的时间应等于南 北方向黄 绿灯亮的时间之和 南北方向红灯亮的时间应等于东北方向黄 绿灯亮的时间之和 南北方向红灯亮的时间应等于东 西方向黄 绿灯亮的时间之和 时序工作流程见图西方向黄 绿灯亮的时间之和 时序工作流程见图 4 24 2 所示 所示 图图 4 34 3 中 假设每个单位时间为中 假设每个单位时间为 2 2 秒 则南北 东西方向的绿 秒 则南北 东西方向的绿 黄 红灯亮的时间分别为黄 红灯亮的时间分别为 1212 秒 秒 2 2 秒 秒 1212 秒 一次循环为秒 一次循环为 2424 秒 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 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装置 作为时间提示 以便人们更直十字路口要有数字显示装置 作为时间提示 以便人们更直 观地把握时间 具体要求为 当某方向绿灯亮时 置计数器为某观地把握时间 具体要求为 当某方向绿灯亮时 置计数器为某 一个数值 然后以每秒减一个数值 然后以每秒减 1 1 的计数方式工作 直至减到数为的计数方式工作 直至减到数为 0 0 十字路口红 绿灯交换 一次工作循环结束 进入另一个 十字路口红 绿灯交换 一次工作循环结束 进入另一个 方向的工作循环 方向的工作循环 例如 当南北方向从红灯转换成绿灯时 置南北方向数字显示为例如 当南北方向从红灯转换成绿灯时 置南北方向数字显示为 1212 并使数显计数器开始减 并使数显计数器开始减 1 1 计数 当减法计数到绿灯灭而计数 当减法计数到绿灯灭而 黄灯亮 闪耀 时 数码管显示的数值应为黄灯亮 闪耀 时 数码管显示的数值应为 2 2 当减法计数到 当减法计数到 0 0 时 黄灯灭 而南北方向的红灯亮 同时 使得东西方向的时 黄灯灭 而南北方向的红灯亮 同时 使得东西方向的 绿灯亮 并置东西方向的数码管的显示为绿灯亮 并置东西方向的数码管的显示为 1212 4 可以手动调整脉冲时间 夜间为黄灯闪耀 可以手动调整脉冲时间 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个方面的改进或扩展 在完成上述任务后 可以对电路进行以下几个方面的改进或扩展 1 设某个方向 如南北 为十字路口主干道 另一方向 如东西 为次干道 主干 设某个方向 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 行人多 所以主干道绿灯亮的时间可选定为次干道绿灯的时间道由于车辆 行人多 所以主干道绿灯亮的时间可选定为次干道绿灯的时间 2 倍倍 或或 3 倍 倍 2 用 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 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 表示这发光二极管就开始移位 表示这 一方向的车辆行驶 一方向的车辆行驶 三 可选用器材三 可选用器材 1 通用实验底板通用实验底板 2 直流稳压电源 直流稳压电源 3 交通信号灯及汽车模拟装置交通信号灯及汽车模拟装置 4 集成电路 集成电路 74LS74 74LS164 74LS168 74LS248 及门电路及门电路 5 显示 显示 LC5011 11 发光二极管 发光二极管 6 电阻电阻 7 开关开关 四 设计方案提示四 设计方案提示 根据设计任务和要求 参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图根据设计任务和要求 参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图 4 1 设计方案可以从以 设计方案可以从以 下几部分进行考虑 下几部分进行考虑 1 1Hz 标准脉冲和分频器标准脉冲和分频器 因十字路口每个方向绿 黄 红灯亮时间比例分别因十字路口每个方向绿 黄 红灯亮时间比例分别 为为 5 5 1 1 6 6 所以 如果选 所以 如果选 4 4 秒 也可以任意 为秒 也可以任意 为 一单位时间 则计数器每计数一单位时间 则计数器每计数 4 4 秒输出一个脉冲 秒输出一个脉冲 这一电路用这一电路用 D D 触发器 或由其他触发器构成的触发器 或由其他触发器构成的 D D 类类 型触发器 即可实现 型触发器 即可实现 2 交通灯控制器交通灯控制器 由波形图可知 计数器每工作循环周期为由波形图可知 计数器每工作循环周期为 1212 所以 所以 可以选用可以选用 1212 进制计数器 计数可以用单触发器组进制计数器 计数可以用单触发器组 成 也可以用中规模集成计数器 这里我们选用中成 也可以用中规模集成计数器 这里我们选用中 规模规模 74LS16474LS164 八位移位寄存器组成扭环形八位移位寄存器组成扭环形 1212 进制进制 计数器 扭环形计数器的状态表如表计数器 扭环形计数器的状态表如表 1 11 1 所示 根所示 根 据状态表 我们不难列出东西方向和南北方向绿 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 黄 红灯的逻辑表达式 南北方向南北方向东西方向东西方向 红红 黄黄 绿绿 由于黄灯要求闪耀几次 所以用由于黄灯要求闪耀几次 所以用 1Hz1Hz 的标准脉冲和的标准脉冲和 EWYEWY或或NSYNSY黄灯信号相黄灯信号相 与与 即可 即可 表表 3 1 状态表状态表 计计 数数 器器 输输 出出南南 北北 方方 向向东东 西西 方方 向向 T Q Q0 0 Q Q1 1 Q Q2 2 Q Q3 3 Q Q4 4 Q Q5 5 NSGNSG NSYNSY NSRNSR EWG EWY EWR 00 0 0 0 0 01 0 00 0 1 11 0 0 0 0 01 0 00 0 1 21 1 0 0 0 01 0 00 0 1 31 1 1 0 0 01 0 00 0 1 41 1 1 1 0 01 0 00 0 1 51 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 61 1 1 1 1 10 0 11 0 0 70 1 1 1 1 10 0 11 0 0 80 0 1 1 1 10 0 11 0 0 90 0 0 1 1 10 0 11 0 0 100 0 0 0 1 10 0 11 0 0 110 0 0 0 0 10 0 1 0 0 3 3 显示控制部分显示控制部分 显示控制部分实际上是一个定时控制电路 当绿灯亮时 使减法显示控制部分实际上是一个定时控制电路 当绿灯亮时 使减法 计数器开始工作 用对方的红灯信号控制 每来一个秒脉冲 计数器开始工作 用对方的红灯信号控制 每来一个秒脉冲 使计数器减使计数器减 1 1 直到计数器为 直到计数器为 0 0 停止 译码显示可用停止 译码显示可用 74LS4774LS47 驱动驱动 BCDBCD 码七段译码器 计数器采用可预制加 减计数器 如码七段译码器 计数器采用可预制加 减计数器 如 74LS16874LS168 74LS19074LS190 74LS19374LS193 等 等 4 4 脉冲选择控制 夜间控制脉冲选择控制 夜间控制 这部分可用一个可调脉冲进行 调节脉冲频率的高这部分可用一个可调脉冲进行 调节脉冲频率的高 低 可以使计数器的周期增大或减小 用来控制某低 可以使计数器的周期增大或减小 用来控制某 个方向上车流量的大小变化 夜间时 将夜间开关个方向上车流量的大小变化 夜间时 将夜间开关 接通 黄灯将一直闪耀 提醒过往行人注意 接通 黄灯将一直闪耀 提醒过往行人注意 五 参考电路五 参考电路 根据设计任务和要求 交通信号灯控制器参考电路如图根据设计任务和要求 交通信号灯控制器参考电路如图 3 4 所示 所示 六 参考电路简要说明六 参考电路简要说明 1 脉冲选择及控制电路脉冲选择及控制电路 可调脉冲用实验箱上的可调脉冲输出即可 脉冲电可调脉冲用实验箱上的可调脉冲输出即可 脉冲电 路经分频后 路经分频后 4 4 分频 输入给分频 输入给 74LS16474LS164 这样 这样 74LS16474LS164 为每为每 4 4 秒向前移一位 计数一次 秒向前移一位 计数一次 2 控制器部分控制器部分 它由它由 74LS16474LS164 组成扭环行计数器 经过译码后 输组成扭环行计数器 经过译码后 输 出十字路口南北 东西二个方向的控制信号 其中出十字路口南北 东西二个方向的控制信号 其中 黄灯信号必须满足间歇闪耀 在夜间时黄灯一直闪黄灯信号必须满足间歇闪耀 在夜间时黄灯一直闪 耀 而绿 红灯灭 耀 而绿 红灯灭 3 数字显示部分数字显示部分 当南北方向绿灯亮 而东西方向红灯亮时 使南北当南北方向绿灯亮 而东西方向红灯亮时 使南北 方向的方向的 74LS19074LS190 以减法计数方式工作 从数字以减法计数方式工作 从数字 2424 开始往下减 当减法计数到开始往下减 当减法计数到 4 4 时 南北时 南北 方向绿灯灭 黄灯闪耀 当计数到方向绿灯灭 黄灯闪耀 当计数到 0 0 时 南北方时 南北方 向绿灯灭 红灯亮 而东西方向红灯灭 绿灯亮 向绿灯灭 红灯亮 而东西方向红灯灭 绿灯亮 由于东西方向红灯灭的信号 由于东西方向红灯灭的信号 EWR 0EWR 0 使与门关 使与门关 断 减法计数器工作结束 而南北方向红灯亮 使断 减法计数器工作结束 而南北方向红灯亮 使 东西方向的减法计数器开始工作 东西方向的减法计数器开始工作 在减法计数开始之前 有黄灯亮信号使减法计数器在减法计数开始之前 有黄灯亮信号使减法计数器 先置入数据 图中接入先置入数据 图中接入 U DU D 和和 LDLD 的信号就是有黄的信号就是有黄 灯亮 为高电平 时 置入数据 黄灯灭 灯亮 为高电平 时 置入数据 黄灯灭 Y Y 0 0 而红灯亮 而红灯亮 R R 1 1 开始减计数 开始减计数 4 补充说明补充说明 与非门与非门 2C2C 3A3A 即是为了制造一个延时 从而使南即是为了制造一个延时 从而使南 北向的计数器 北向的计数器 74LS19074LS190 有足够的时间置入 有足够的时间置入 2424 七 心得体会七 心得体会 通通过过这这三三天天的的课课程程设设计计 我我发发现现了了自自己己的的很很多多不不足足 自自己己知知识识的的很很多多漏漏 洞洞 看看到到了了自自己己的的实实践践经经验验还还是是比比较较缺缺乏乏 理理论论联联系系实实际际的的能能力力还还急急需需提提 高高 在在课课程程设设计计过过程程中中 光光有有理理论论知知识识是是不不够够的的 还还必必须须懂懂一一些些实实践践中中的的 知知识识 这这次次的的课课程程设设计计也也让让我我看看到到了了团团结结的的力力量量 刚刚开开始始的的时时候候 我我们们就就 分分配配好好了了各各自自的的任任务务 我我主主要要负负责责红红绿绿黄黄指指示示灯灯的的设设计计 起起初初我我对对自自己己连连 接接的的电电路路信信心心满满满满 认认为为一一定定不不会会有有问问题题 可可是是当当我我们们将将全全部部电电路路连连接接完完 成成后后 发发现现两两路路灯灯不不能能正正常常的的亮亮灭灭 于于是是我我和和我我的的搭搭档档又又重重新新检检查查电电路路连连 接接 发发现现与与门门处处