交通灯控制电路地设计

1、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

2、的信号灯的亮灭。2、可以对主干道与副干道的 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。译码显示仑振荡电路乎 计数器电路<=> 主控制电路I ）信号灯译 码驱动器图1万案一：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

3、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。万案一：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

4、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：清零湍高触发濡TH低触发濡放电管T功能QXX0导通直接看零101X保持上一状态保持上一状态11DX保持上一状态保持上一状态1010110导通截止超1苕零脉冲信号源选用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=47© , R2=51© , C1=10uF,C2=10nF根据555定时器的功能实现 效果来连接电

5、路，其电路图如图2所示。图2振荡电路R1R251kU11C110uFC210nF254186735552、计数器电路电路工作循环周期为65S,主干道红灯为20S,绿火T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：闻逻辑符号VCC Pn UR tcq T5j 叫 面向ri同而rm商用LlJ|2JUJLULJLlIIjJLl h a CP& CPU / GIEI (a)图中：其中CPu为加法计数端,CPn为减法计数端，

6、P0、P1、P2、P3为计数引脚排列器输入端，MM清除端，Q幺Q2 Q3 Q4为数据输出端74LS192的功能表如下:输入输出MRPL怨P3F2PlFOQ3Q2QLQO1XXXXXXX000000XXdcbadcba011XXXX加计数011XXXX减计数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:时加GP异步清除同件置敷EFET工作状态XQXXXt10XXXL101X11X0t111i 7其中当使能端EP=ET=1M,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。159141

7、105411U1D0D1D2D3UPDNPL MR74LS192U2Q0Q1Q2Q315TCUTCD9141105411D0D1D2D3UPDNPL MR74LS192Q0Q1Q2Q37TCUTCD263D0Q045D2Q26D3Q37ENPRCO10ENT2C CLK LOAD MR9-1U674LS16014131211153、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“

8、 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。U3:D1312U3:C1089U4:BU1312/4LS192U6314413D37102974LS160D0D1D2Q0Q1Q2TCUTCDQ3RCOLOAD MRQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3U7:A74047432U3:B26ENP . ENTCLK56127433j1U4:A7432U5:A7403U3:A74321574LS192U

9、P DNPLMRD0D1D2D3110-U23UP DN PL MRTCUTCDU10:C7408U10:D740812iyTU7:E7404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。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74LS16

10、0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。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2.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，通过黄灯的计数器74LS160输出的信号进行基本逻辑运算控制红灯和绿灯的亮灭, 闪烁则是通过74LS160输出地彳S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

11、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 L

12、IGHTS2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;2、中间5s主干道黄灯闪烁，副干道红灯亮，见图 9;7 4083、后20S内主干道红灯亮，副干道红灯亮，见图 10;图104、最后5s主干道红灯亮，副干道黄灯闪烁，见图 11;U3DU4A74，U3C.<03U5A7

13、 U4B74D.'U3A74.'一U3B-r.U6匚“日1R1QI，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；最后副干道黄灯闪烁 5s且主干道红灯不变，这能够提醒副干道过 线的车辆快速穿越。仿真结果得到预期效果，达到设计

14、要求。心得：这次设计交通灯控制电路，可以说给我带来了很大的体会。刚开始的时候， 不知道从何做起，不知道怎么设计方案。于是，就去查找资料，包括翻阅相关的 书籍和上网查看，慢慢地才理清了一点头绪。做了几个方案都没有想要的效果， 心里很着急，但最终还是冷静了下来，再慢慢地分析，在两个方案之间，终于敲 定了一个方案。中间遇到了很多的问题，比如怎样设计主控电路、信号发生器怎 样设计、所用的芯片的功能如何、需要的原件有什么、实际接上电路总是实现不 了想要的效果等等问题。但都慢慢地理清里面的各种关系，思考着怎么做，需要 什么东西，不断地动手尝试，寻找失败的原因，追寻成功的原理，一步一步地坚 持了下来，达到了效果，完成了想要得到的东西，心中甚是高兴。总之，经过这次的设计，我不但巩固了前面所学到的知识，知道了知识的重 要；也培养了我解决问题的能力，提高了动手的能力，将书本