交通灯控制电路设计报告概要Word格式文档下载.docx

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六、设计方案1

七、模块说明4

（1）秒脉冲发生器4

（2）分频器6

（3）计数器7

（4）单次脉冲发生器8

（5）控制电路9

（6）译码与显示电路10

八、仿真结果13

九、总结13

【参考文献】13

一、设计任务

设计一个十字路口交通灯控制电路

二、设计要求

在主干支道的十字路口分别设置三色灯控制器，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮要求压线车辆快速穿越。

根据车流状况不同，可调整三色灯点亮或关闭时间。

（1）主干道和支干道绿、黄、红灯亮的时间由设计者自己设定，但必须是2位数。

（2）主、支干道路用倒计时制显示绿灯和红灯时间。

在主、支干道各设1组红、绿色数码管。

当主干道路绿灯亮时，主干道红色数码管灭，绿色数码管亮，并倒计时显示绿灯亮时间，此时支干道红色数码管亮，绿色数码管灭，并倒计时显示红灯亮时间；

当主干道路红灯亮时，主干道绿色数码管灭，红色数码管亮，并倒计时显示红灯亮时间，此时支干道绿色数码管亮，红色数码管灭，并倒计时显示绿灯亮时间。

三、设计要点

（1）系统要有对应于绿、红、黄灯亮三种定时信号，并需要设计三种相应的定时显示电路。

定时的起始信号由主控电路给出，定时结束信号也应输入到主控电路，并通过主控电路去启、闭三色交通灯及倒计时显示。

（2）应根据主、支干道的三色交通灯显示时序，画出信号之间的时序图作为依据。

根据信号之间的逻辑关系设计主控电路。

四、设计内容

（1）设计电路，并用Proteus软件仿真；

（2）画出实验电路图；

（3）写设计实践总结报告。

五、主要芯片

（1）74LS90

（2）74LS48

（3）74LS192

（4）555

六、设计方案

在一个有主、支干道的十字路口，主、支干道各设置一组红、黄、绿三色的交通灯。

红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示允许通行，黄灯亮表示要求压线车辆快速穿越。

设主干道的红、黄、绿灯分别为XR、XY、XG，支干道的红、黄、绿灯分别为YR、YY、YG。

。

它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即主干道红灯亮，支干道绿灯亮；

主干道红灯亮，支干道黄灯亮；

主干道绿灯亮，支干道红灯亮；

主干道黄灯亮，支干道红灯亮。

顺序工作流程图如图1所示。

图1顺序工作流程图

假设每个单位时间t为10秒，设主、支干道红、绿、黄灯亮时间分别为30秒、20秒、10秒，一次循环为60秒。

其中红灯亮时间为绿灯、黄灯亮时间之和。

因此，它们应满足两个方向的工作时序，即主干道亮红灯时间应等于支干道亮黄、绿灯时间之和，支干道亮红灯时间应等于主干道亮黄、绿灯时间之和。

时序工作流程图如图2所示。

图2时序工作流程图

根据时序工作流程图可知，计数器每次工作循环周期为6t，所以可选用6进制计数器，即0000～0101（8421码），画出系统状态表：

图3系统状态表

根据系统状态表，不难列出主干道和支干道的红、黄、绿灯的逻辑表达式：

主干道：

绿灯XG=

黄灯XY=

红灯XR=

支干道：

绿灯YG=

黄灯YY=

红灯YR=

由于所有灯对都要求“与”，所以可以不必考虑。

十字路口要有数字显示,作为时间提示,以方便人们更直观的把握时间。

具体为：

当主干道红灯亮时，置主干道显示器为30秒，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，同时支干道绿灯亮，置支干道显示器为20秒，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、黄灯交换，一次工作循环结束，而进入下一个方向的工作循环。

反之亦然。

由于根据车流状况不同，需要随时调整三色灯点亮或关闭时间，这可选用一选择开关SW2进行。

置开关SW2在手动位置，输入单次脉冲，可使交通灯处在某一位置上。

开关SW2在自动位置时，则交通灯信号按自动循环工作方式运行。

整体交通灯控制电路包括秒脉冲发生器、分频器、计数器、单次脉冲发生器、控制电路和译码与显示电路等六个部分组成。

译码与显示电路中计时电路以递减方式计时，每隔1秒，计数器减1，其中译码与显示电路和控制电路是系统的主要部分。

分频器将秒脉冲发生器产生的方波进行十分频后送给计数器，计数器完成6t计时功能，从而使控制电路完成三色交通灯的显示与灭灯功能及译码与显示电路的倒计时功能。

交通灯控制器完整电路图如图4所示：

图4交通灯控制器完整电路图

七、模块说明

（1）秒脉冲发生器（T=1S）

秒脉冲是由一个555定时器组成的多谐振荡器产生的，当开关SW2处在手动位置时，来回按下一次开关SW1，产生一个周期为1秒的矩形方波，输出给分频器十分频和译码与显示电路控制数码管倒计时显示。

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，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

它的各个引脚功能如下：

1脚：

外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚：

外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。

一般用5V。

3脚：

输出端Vo

2脚：

低触发端

6脚：

TH高触发端

4脚：

是直接清零端。

当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：

VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：

放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555定时电路的功能表如图5所示。

清零端

高触发端TH

Q

放电管T

功能

×

导通

直接清零

1

x

保持上一状态

0 

1 

导通截止

置1 

清零

图5555定时电路的功能表

多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。

在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。

两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。

多谐振荡器可用作方波发生器。

接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。

充电回路是VCC—R1—R2—C—地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。

是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得

振荡周期T=（R1+2R2）Cln2。

由于C1=0.01uF，T=1s，设R1=R2=10KΩ，经计算可得C2=47.67uF，达到要求。

多谐振荡器构成的秒脉冲发生器电路图如图6所示，3为输出端：

图6多谐振荡器构成的秒脉冲发生器

（2）分频器（十分频）

分频器由一个74LS90芯片组成，将秒脉冲发生器输入的信号十分频后产生一个周期为10秒（即1t）的矩形方波，输出给六进制计数器，控制三色交通灯的显示和熄灭。

74LS90为中规模TTL集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功能，它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。

其引脚排列图如下图7所示，功能表如下表图8所示：

图7 

74LS90的引脚排列图

表8 

74LS90的功能表

利用74LS90进行十分频的分频器电路图如图9所示，14为输入端，11为输出端：

图974LS90构成的分频器（十分频）

（3）计数器（六进制）

计数器也由一个74LS90组成，将经分频器十分频后输入的t=10秒的矩形方波信号输出给控制电路控制三色交通灯显示和熄灭。

参考74LS90功能表，其电路图如图10所示，14为输入端，8、9、11、12为输出端：

图1074LS90构成的计数器（六进制）

（4）单次脉冲发生器

单次脉冲是由二个与非门组成的RS触发器产生的，SW2在手动位置时，当来回一次按下开关SW1时，产生一个单次脉冲代替连续秒脉冲输出使74LS192移位计数，可使交通灯处在某一位置上，实现手动控制置。

单次脉冲发生器电路图如图11所示，6为输出端：

图11单次脉冲发生器电路图

（5）控制电路

由74LS90组成扭环形六进制计数器，输出Q3、Q2、Q1、Q0，根据已求得到的逻辑表达式连接组合门电路，控制三色交通灯显示与熄灭，并通过门级电路控制译码与显示电路中各主、干支道数码管对相应交通灯亮时间进行起始倒计时。

高电平对LED灯有效，Q3、Q2、Q1、Q0对应的8、9、10、11引脚为输入端，左侧的一列或非门的1、4、10、13引脚为输出端，控制译码与显示电路中数码管起始倒计时。

电路图如下图12所示：

图12控制电路

（6）译码与显示电路

当主干道红灯亮时，通过三色交通灯输出的或非门启动主干道的红色数码管倒计时，预置主干道显示器为30秒，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，同时支干道绿灯亮，启动支干道绿色数码管倒计时，预置支干道显示器为20秒，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、黄灯交换，一次工作循环结束，而进入下一个方向的工作循环。

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：

（a）引脚排列 

（b）逻辑符号

图中：

为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。

其功能表如下图13所示：

输入

输出

MR

P3

P2

P1

P0

Q3

Q2

Q1

Q0

d

c

b

a

加计数

减计数

图1374LS192的功能表

74LS48芯片是一种常用的共阴极七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。

其引脚图如下图14所示，功能表如下图15所示：

图1474LS48的引脚图

图157