交通灯控制逻辑电路设计——数字电路篇.doc

交通灯控制逻辑电路设计 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3.1所示。 图3.1 交通灯控制器系统框图 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： 满足如图3.2顺序工作流程。 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。 图3.2 交通灯顺序工作流程图 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3.3所示。 图3.3中，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36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。 图3.3 交通灯时序工作流程图 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、绿等交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。 例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为18，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，数显得值应为3，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18。 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）在某一方向（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、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以选定为次干道绿灯亮时间的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、实验元件 1. 通用实验底板 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：NE555、74LS74、CD4019274LS00、74LS08、74LS192，74LS164 5. 显示：CD4511 ，LC5011-11，发光二极管 6. 电阻 7. 开关 四、设计方案 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3.1，设计方案可以从以下几部分进行考虑。 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（也可以3秒）为一单位时间，则计数器每计4秒输出一个脉冲。这一电路就很容易实现， 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表如表3.1所示。 表3.1 状态表 t 计数器输出 南北方向 东西方向 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 NSG NSY NSR EWG EWY EWR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 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 1 0 0 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 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1