交通灯控制电路的设计

交通灯控制电路的设计一、设计任务与要求设计一个十字路口的交通灯控制器，控制 a,b 两条交叉道路上的车辆通行， 东西方向为主干道 a，南北方向为副干道 b；具体要求如下：1、每条道路设一组信号灯，每组信号灯有红、黄、绿 3 个灯组成，绿灯表示允许通过，红灯表示禁止通行， 黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行， 未过停车线的车辆停止通行。2、主干道通行40 秒，南北通行时间为20 秒。3、每次变换通行车道之前，要求黄灯先亮5s ，才能变换通行车道。4、黄灯亮时，要求每秒闪烁一次。二、方案设计与论证首先根据设计的任务与要求，经过分析得出要设计的这个交通灯控制电路的功能满足以下几点：1、控制主干道a 与副干道 b 的信号灯的亮灭。 2、可以对主干道与副干道译码显示振荡电路计数器电路主控制电路信 号 灯 译码驱动器的信号灯亮的时间进行倒数计时。3、实现黄灯的每秒闪烁。因此我们可以知道此电路应包含振荡电路、 计数器电路、 译码显示、 主控制电路和信号灯译码驱动器等五个部分，并分析其原理图如图1 所示并作出以下两种方案。精品资料图 1方案一：将整个电路工作循环周期65s 作为总时间，用74ls192 芯片在此基础上进行分段，依次是 40s 主干道绿灯亮副干道红灯亮，5s 主干道黄灯闪烁， 20s 支干道红灯亮副干道绿灯亮，5s 副干道黄灯闪烁。再根据每一段的输出信号不同用基本逻辑门电路连接交通灯来实现每段时间不同的灯亮。此方案易于分析理解，缺点是相对于第二种方案可操作行比较差，需要的原件比较多， 看起来比较复杂，不易实现，同时性价比较低。方案二：对红绿灯时段分别倒数计时，运用红绿灯变化时的高低电平对74ls192芯片进行置数，使之能分别进行40s 、5s 、20s 倒数计时，再通过74ls160芯片的输出端进行各种逻辑组合运算控制红黄绿三种灯的亮灭，通过555定时器提供的脉冲信号控制黄灯的闪烁。此方案与方案一相比更易操作，用到的逻辑运算器件也比方案一要少，现实应用时可用性好，性价比较高。三、单元电路设计与参数计算1、振荡电路555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，具有成本低， 性能可靠的优点，只需外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555 定时器的功能表如下：脉冲信号源选用555 定时器产生，频率为1hz, 根据 555 定时器构成的多谐振荡器原理，可得出公式：振荡周期为t=0.7(r1+r2)c和振荡频率为f=1/t 。各项数据可为 r1=47k ，r2=51k ，c1=10uf,c2=10nf,根据 555 定时器的功能实现效果来连接电路，其电路图如图2 所示。图 2振荡电路r147kr251k25rtvc4u11 r1gndhtvcc8dcq673555c110ufc210nf图 22、计数器电路电路工作循环周期为65s ，主干道红灯为 20s ，绿灯为 40s ，副干道上红灯 40s ，绿灯 20s ，黄灯 5s，本设计我选用了74ls192 和 74ls160 ，74ls192芯片具有倒数计时清零置数功能，用来进行倒数计时，74ls192的引脚排列和逻辑符号如下图所示：图中：其中 cpu 为加法计数端， cpn 为减法计数端， p0、p1、p2 、p3 为计数器输入端， mr 为清除端， q1 、q2 、q3 、q4 为数据输出端。74ls192 的功能表如下：74ls160是加法计数器用来进行同步计数来控制信号灯的亮灭。74ls160的功能表如下：其中当使能端 ep=et=1 时，为计数状态。计时器电路分两部分，倒数计时部分和加法计时部分。倒数计时部分电路如图 3 所示，加法计时部分电路如图4 所示。u115d01d110q03q126u215d01d110q03q126d29d3q27q3d29d3q27q35up4dn11pl14mr74ls192tcu12tcd135up4dn11pl14mr74ls192tcu12tcd13图 3u63 d04 d15 d26 d37 enp10ent2clk9load1mr74ls160q014q113q212q311rco15图 43、译码显示此部分电路的作用是将倒数计数器电路中的数值通过数码显示管显示出来便于人们可以直接观察，此电路通过555 定时器输入脉冲信号到74ls192芯片再接数码显示管， 使数值以倒数计时方式显示出来，预置主干道显示器为40 秒， 然后以每秒减1 计数方式工作，直至减到数为“ 0”，然后预置主干道显示器为 5秒，然后以每秒减1 计数方式工作，直至减到数为“ 0”，接着副干道分别预置 20秒和 5 秒，以每秒减1 计数方式工作，直至减到数为“ 0”，一次工作循环结束，而进入下一方向的工作循环。其电路图如图5 所示。精品资料u3:d1311u4:a123127432u3:c10743389743221u5:a7403u3:a23u4:b164357432u3:b57433647432u115d01 d110d29d3q0 q1 q2 q33267u215d01d110d29d3q0 q1 q2 q33267541114up dn plmr74ls19212tcutcd13541114up dn plmr74ls19212tcutcd138u10:c740811u10:d740829010123u7:a7404111u7:e7404u6d0 d1 d2d3113456710291q0 q1 q2q3 rco1413121115enp ent clkload mr74ls160图 5 译码显示电路4、主控制电路主控制电路主要是74ls192芯片输出的信号到数码显示管，每次计时完成后此输出信号通过基本逻辑运算对74ls192 和 74ls160 芯片进行重新置数使得整个交通灯控制系统能循环的进行下去。其电路图如图6 所示。精品资料r147k254 u11u3:dr251kv crrt131118gndvccu4:a12htcd q374321u3:c67 325551074338974322 1c110ufu5:a7403u3:ac210nf23u4:b164743u2 3:b5357433647432u1u2153d0q01 d1q12106d2q297d3q3153d0q01 d1q12106d2q297d3q35 up4dn1114 plmrtcutcd12135 up4dn1114 plmrtcutcd121374ls19274ls192图 6主控制电路5、信号灯译码器电路此部分电路是为了将计数器输出的信号转变为红黄绿三种颜色的灯变化所需的信号，通过计数器74ls160输出的信号进行基本逻辑运算控制红灯和绿灯的亮灭，黄灯的闪烁则是通过74ls160 输出地信号和 555 定时器所产生的脉冲信号进行逻辑运算实现的。其电路图如图7 所示。r147kr251k2rtgndht 65vc14 u11rvcc8cd7 3q555c110ufc210nf主干道副干道u10:b4657408u9:c108191337408u9:d7408u10:a7408u9:a7408u9:b462 351 11 21 2740821u7:d7404631u7:c74045图 7信号灯译码器电路四、总电路工作原理及元器件清单1. 总原理图r147ku3:d13r251k254trvr cu111112u4:a1 gndhtvcc8c31274337432u3:c1089d q67 35552 1u5:a74033u4:b47432u3:a231674325u3:b5主干道副干道c110ufc210nf7433647432u1153d0q0u2153d0q01 d110d29d3q126q27q31 d110d29d3q126q27q354 updn11 pl14mr74ls19212tcu13tcd54 updn11 pl14mr74ls19212tcu13tcdu10:b46574083u9:a7408u9:c10897408u9:b11u9:d74083u10:a74088u10:c17408u10:d74084651 274082 31 21 1u63 d04q014139 010112 31 1u7:e74042u7:a74041215 d1d2q112q2u7:d6 d37enp10 ent 29 clkload1 mr74ls160q31115rco6u7:c740457404132. 电路完整工作过程描述（总体工作原理）该电路的工作原理： 刚开始时， 计数器 74ls160 的输入端全部接地， 通过计数器 74ls160输出的信号进行基本逻辑运算控制红灯和绿灯的亮灭，黄灯 的闪烁则是通过74ls160输出地信号和 555 定时器所产生的脉冲信号进行逻辑运算实现的。同时计数器74ls160输出的信号经过逻辑器件的关系控制作 为计数器 74ls192的输入，计数器 74ls192会预置数 40 秒，然后在信号脉冲的作用下和 555 定时器的共同作用下开始进行倒计时，当倒计时倒为零时， 每次计时完成后此输出信号通过基本逻辑运算对74ls192 和 74ls160 芯片进行重新置数使得整个交通灯控制系统能循环的进行下去。从而实现对主干道，副干道的绿灯、黄灯和红灯的亮灭的控制，让它实现我们想要的功能。3. 元件清单元件序号型号主要参数数量备注u1 ， u274ls1922计数器u374324或门u474332或非门u574031与非门u674ls1601计数器u774044非门u87seg-bcd2数码管u9 ，u1074088与门u115551定时器u12res47k,51k2电阻u13cap10nf,10uf2电容u14,u15traffic lights2交通灯五、仿真调试与分析在 proteus软件中对电路进行了仿真调试，得到了测试效果如图8 到 图 11 所示四种状态。由于74ls192 芯片可以进行倒数计时， 74ls160芯片的输入端全部接地，故信号灯的输入信号是由这两种芯片的信号以及555定时器所产生的脉冲信号进行各种逻辑运算得到的，总共可得到以下几种结果：1、前 40s 内主干道绿灯亮，副干道红灯亮，见图8；3153r147k254 u11u3:drtvcr13r251k1118gndvcc12u4:aht374321u3:c6cd q7 325551074338974322 1c110ufu5:au3:ac210nf274033u4:b1647432主干道副干道u3:b5356743347432u1u2153153d0q0d0q01d110d29d3q1 q2 q32671109d1 d2 d3q1 q2 q326754uptcu121354uptcu12131114dn pl mrtcd1114dn pl mrtcdu10:b4674ls19274ls19257408u9:c108191337408u9:du10:a74087408u9:a7408u9:b84612 31 2u10:c740851 11 2u10:d7408740829 010121 31u7:a74041u7:e7404u612341d0 d1q0 q114135d26d3q2 q3rco121115u7:d7404710631enp ent2u7:c91clk load mr7404574ls160图 82、中间 5s 主干道黄灯闪烁，副干道红灯亮，见图9；r147ku3:d13r251k2r t5v c4 u11r1118gndvcc12u4:ah37432tcd q1u3:c67 32555107433897432c12 110ufu5:a7403u3:ac210nf23u4:b16474325u3:b主干道副干道357433647432u1u2151109d0 d1 d2 d3q0 q1 q2 q32671109d0 d1 d2 d3q02q16q27q354up dn pl mrtcu tcd1213541114up dn pl mrtcu tcd12131114u10:b4674ls19274ls19257408u9:c10891337408u9:d7408u10:a7408u9:a7408u9:b846u10:c1521 131 27408u10:d74081 2740829 010121 31u7:a74041u7:e7404u613d04d15d26d3q0 q1 q2 q31413121121u7:d740415rco7131029enp ent clk load6u7:c74041mr574ls160图 93、后 20s 内主干道红灯亮，副干道红灯亮，见图10；u1u21d1q12d1q1214pl14plr147k25u3:dr2r tv c4 u11r1351k1118gndvcc12u4:ahtcd q37432167 3u3:c25551074338974322 1c110ufu3:au5:a7403c210nf23u4:b16主干道副干道47432u3:b5357433647432u1d0u2d0153153q0q01212d1q1d1q1109671067d2q2d2q29d3q3d3q3512512uptcuuptcu41113413dn pltcddn pltcdu10:b1114144mrmr674ls19274ls19257408u9:c108113937408u9:d7408u10:a7408u9:a7408u9:b84612 31 21 15u10:c74081 2u10:d7408740829 010121 31u7:a74041u7:e74041u62134d0 d1q0 q11413u7:d512d2q261115d3q3740431rco6710enp ent29clk loadu7:c740415mr74ls160图 104、最后 5s 主干道红灯亮，副干道黄灯闪烁，见图11 ；r147ku11u3:dr251krvrc131118gndhvcccd q12u4:a374321u3:c2555107433897432c110ufu3:au5:a7403c210nf23u4:b16主干道副干道47432u3:b557433647432153153d0q0d0q01106106d2 d3q2 q3d2 d3q2 q397975411up dntcu tcd121354up dntcu tcd1213u10:b114mrmr674ls19274ls19257408u9:c10897408u9:d7408u10:a7408u9:a7408u9:b465u10:c7408u10:d74087408u7:a7404u7:e7404u63d0q04d1q15d2q26d3q3rco1413121115u7:d7404710enpentu7:c74042clk9 load1 mr74ls160图 11六、结论与心得结论：交通灯的整体控制电路经过proteus 软件的测试，倒计时以及信号灯变化等功能均可实现，只要开始接通电路，电路便可自动运行，主干道先倒计时40s 且绿灯亮，副干道倒计时40s且红灯亮，主干道的车辆可以自由通行；然后主 干道黄灯闪烁 5s 副干道红灯不变，这能够提醒主干道过线的车辆快速穿越；接着副干道倒计时20s 且绿灯亮，同时主干道倒计时20s 且红灯亮，副干道的车辆可以自由通行；最后副干