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第12頁(yè) 十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本課題是基于數(shù)字電路關(guān)于交通燈控制電路的設(shè)計(jì)。從課程設(shè)計(jì)的題目要求出發(fā)，設(shè)計(jì)了一個(gè)南北方向和東西方向十字路口的交通燈控制電路。通燈控制電路采用74ls190可預(yù)置四位二進(jìn)制雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，并通過(guò)一系列集成邏輯門(mén)電路芯片控制紅綠燈的交替顯示。本交通燈控制電路系統(tǒng)是基于74ls190可預(yù)置四位二進(jìn)制雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器、74ls00二輸入四與非門(mén)芯片、74ls04六反向器、74ls08二輸入與門(mén)芯片、74ls32二輸入或門(mén)芯片、74ls74雙d鎖存器、74ls47譯碼器等中小規(guī)模集成芯片，數(shù)碼管顯示器和綠黃紅發(fā)光二極管指示燈所組成的電路，采用proteus軟件進(jìn)行電路仿真。通過(guò)對(duì)各部分電路的分析設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)總體電路的功能。由于不需要做實(shí)物才用了1hz輸出時(shí)鐘脈沖信號(hào)（查了一些資料采用了555定時(shí)器）。采用74ls190組成計(jì)數(shù)電路，通過(guò)一系列邏輯門(mén)電路實(shí)現(xiàn)紅綠燈的交替顯示。按照課題的要求，用74ls190設(shè)計(jì)了倒計(jì)時(shí)電路，通過(guò)譯碼器連接數(shù)碼管顯示紅綠燈的倒計(jì)時(shí)。它的計(jì)時(shí)周期為24秒，南北及東西方向各車(chē)道通車(chē)12s。 本電路設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，用了盡量少的芯片實(shí)現(xiàn)了課題所要求的功能，既實(shí)現(xiàn)了紅綠燈的指示，又以倒計(jì)時(shí)的方法對(duì)紅綠燈的時(shí)間進(jìn)行了顯示。一. 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1.1 設(shè)計(jì)題目十字路口交通燈控制設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及指標(biāo)（1）要求南北方向車(chē)道和東西方向車(chē)道兩條交叉道路上的車(chē)輛交替運(yùn)行，各車(chē)道每次通行時(shí)間都設(shè)為12秒；（2）東西方向、南北方向車(chē)道都有紅、黃、綠燈指示，且用顯示器進(jìn)行顯示允許通行或禁止通行剩余時(shí)間（采用倒計(jì)時(shí)的方法）；（3）在允許通行剩余2秒時(shí)，綠燈轉(zhuǎn)為黃燈，且要求黃燈閃爍，當(dāng)黃燈轉(zhuǎn)變?yōu)榧t燈時(shí)才能變換運(yùn)行車(chē)道；（4）黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次；1.2.2 設(shè)計(jì)相關(guān)說(shuō)明所設(shè)計(jì)的交通路口為一十字路口是一南北和東西車(chē)道車(chē)流沒(méi)有明顯差別的路口，且不涉及左右轉(zhuǎn)彎及人行道紅綠燈問(wèn)題。二. 設(shè)計(jì)方案方案：根據(jù)題目的要求南北方向車(chē)道和東西方向車(chē)道兩條交叉道路上的車(chē)輛交替運(yùn)行，兩車(chē)道均符值為12，也就是一個(gè)循環(huán)是24秒。如此先顯示12秒倒計(jì)時(shí)（對(duì)應(yīng)綠燈，到了2秒時(shí)由綠燈轉(zhuǎn)為黃燈）后顯示12秒倒計(jì)時(shí)（由黃燈轉(zhuǎn)為紅燈），然后再顯示30秒倒計(jì)時(shí)（由紅燈轉(zhuǎn)為綠燈，到了2秒時(shí)由綠燈轉(zhuǎn)為黃燈）.以此類(lèi)推。由于南北方向的通行時(shí)間也就是支干道的禁行時(shí)間，所以?xún)山M數(shù)碼管顯示的倒計(jì)時(shí)是一樣的，只需2個(gè)74ls47譯碼器即可 三. 設(shè)計(jì)的基本思路和主要內(nèi)容設(shè)計(jì)基本思路1.交通燈順序工作流程 交通燈順序工作流程2.設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）根據(jù)本課題設(shè)計(jì)要求分析并畫(huà)出簡(jiǎn)易電路結(jié)構(gòu)框圖；（2）.根據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)確定系統(tǒng)中交通燈的特點(diǎn)； （3）.按照要求分析并設(shè)計(jì)電路，繪制電路原理圖；（4）.選定各部分集成電路元器件的類(lèi)型；（5）.利用proteus軟件對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行調(diào)試仿真；四元件及其簡(jiǎn)介 本課題主要由秒脈沖產(chǎn)生部分、計(jì)數(shù)電路、譯碼電路、數(shù)碼管顯示部分、狀態(tài)控制電路、燈控電路和紅綠燈顯示部分組成，根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能及各元件參數(shù)，本課題主要用到1he矩形波發(fā)生器、74ls190 4位十進(jìn)制同步減計(jì)數(shù)器、74ls164 8位串入/并出移位寄存器74ls04六反相器芯片、74ls08二輸入與門(mén)芯片、 4位十進(jìn)制同步減計(jì)數(shù)器74ls32二輸入或門(mén)芯片、74ls74雙d鎖存器和74ls47譯碼器。 74ls190計(jì)數(shù)器 74ls190計(jì)數(shù)器引腳圖74ls190是單時(shí)鐘同步十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器，當(dāng)u /d=0時(shí)做加法計(jì)數(shù)；當(dāng)u /d=1時(shí)做減法計(jì)數(shù)。它使用方便且功能穩(wěn)定，因此在平時(shí)電路設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。 引出端符號(hào)及功能：max/min進(jìn)位輸出/錯(cuò)位輸出端clk 時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）cten 計(jì)數(shù)控制端（低電平有效）ad 并行數(shù)據(jù)輸入端load 異步并行置入控制端（低電平有效）qaqd 輸出端rco并行波時(shí)鐘輸出端（低電平有效）u /d 加/減計(jì)數(shù)方式控制端其功能如表2所示：clkctenloadu/d工作狀態(tài)*11*保持*0*預(yù)置數(shù)上升沿010加法計(jì)數(shù)上升沿011減法計(jì)數(shù) 74ls190功能表注：此74ls190是基于multisim軟件的引腳圖，其功能和proteus軟件的一樣。 74ls74 d觸發(fā)器 5 74ls7d觸發(fā)器引腳圖在ttl電路中，比較典型的d觸發(fā)器電路有74ls74。74ls74是一個(gè)邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個(gè)器件中包含兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路。每個(gè)觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（d）、置位輸入（st）復(fù)位輸入（cr）、時(shí)鐘輸入（clk）和數(shù)據(jù)輸出（q、q）。cr、st的低電平使輸出預(yù)置或清除，而與其它輸入端的電平無(wú)關(guān)。當(dāng)cr、st均無(wú)效（高電平式）時(shí)，符合建立時(shí)間要求的d數(shù)據(jù)在clk上升沿作用下傳送到輸出端。d觸發(fā)器功能如表3所示：輸 入輸 出stcrclkdqn1qn10110100100111101100111qnqn 74ls74功能表4.4 74ls47四輸入譯碼器 在數(shù)字顯示電路中74ls47四輸入譯碼器是一種普遍應(yīng)用的譯碼器，經(jīng)常與74ls190一起使用，它引腳功能易讀，使用方便。 74ls47四輸入譯碼器引腳圖 4.5 七段共陰極數(shù)碼管 圖7 七段共陰極數(shù)碼管引腳圖七段共陰極led數(shù)碼管是由7個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位構(gòu)成，其引腳配置及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖7所示。從圖中可以看出，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8”，可以用來(lái)顯示數(shù)字，另一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。因此，這種數(shù)碼管有時(shí)也被稱(chēng)為8段led數(shù)碼管顯示器。將七段共陰極led數(shù)碼管的管腳與7447四輸入譯碼器管腳對(duì)應(yīng)相連即可。4.6 74ls08二輸入端與門(mén) 74ls08二輸入端與門(mén)引腳 y=ab4.7 74ls32二輸入四或門(mén)芯片74ls32二輸入四或門(mén)芯片引腳圖 y=a+b4.9 74ls04六非門(mén) 74ls04六非門(mén)芯片引腳及功能示意圖 其功能是y=a。五. 交通燈電路設(shè)計(jì) 計(jì)數(shù)電路 74ls190組成的計(jì)數(shù)電路由于本課題設(shè)計(jì)的交通燈電路中兩車(chē)道通行時(shí)間均為12秒，所以周期為24秒，但又由于兩個(gè)半周期計(jì)時(shí)相同，因此只需要一個(gè)30進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如圖14所示，計(jì)時(shí)電路有兩個(gè)74ls190組成，電路利用的是74ls190倒計(jì)數(shù)功能，因此將74ls190的5號(hào)引腳u/d接高電平，起始時(shí)將高位的預(yù)制數(shù)為1，低位的預(yù)制數(shù)為2；當(dāng)?shù)匚粶p到0時(shí)將低位預(yù)制為9；當(dāng)高位地位同時(shí)為0時(shí)，將高位預(yù)制為1，低位預(yù)制為2。從74ls190的7623四個(gè)引腳輸出的8421碼可以與后面的數(shù)碼顯示電路和狀態(tài)控制電路相連做后期處理。譯碼和數(shù)碼顯示電路譯碼及數(shù)碼顯示電路譯碼及數(shù)碼顯示電路如圖15所示，由于7447芯片價(jià)格低廉又完全滿足實(shí)驗(yàn)需要，因此本課題選擇7447芯片作為譯碼芯片，其中7447芯片的7126引腳分別與74ls190的3267引腳對(duì)應(yīng)相連。數(shù)碼管選擇七段共陰極數(shù)碼管。基于74ls164 八位移位寄存器的交通燈控制器夜間控制 打開(kāi)夜間開(kāi)關(guān)，黃燈不停地閃爍.計(jì)數(shù)器每工作循環(huán)周期為12，所以選用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)用單觸發(fā)器組成，也可以用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器。這里可以選用中規(guī)模74ls164 八位移位寄存器組成扭環(huán)形12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表如表1所示。根據(jù)狀態(tài)表，我們不難列出東西方向和南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達(dá)式： 南北方向東西方向紅 黃 綠 由于黃燈要求閃耀幾次，所以用1hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖和ewy或nsy黃燈信號(hào)相“與”即可。表e-1 狀態(tài)表t 計(jì) 數(shù) 器 輸 出南 北 方 向東 西 方 向q0 q1 q2 q3 q4 q5nsg nsy nsrewg ewy ewr 00 0 0 0 0 01 0 00 0 111 0 0 0 0 01 0 00 0 121 1 0 0 0 01 0 00 0 131 1 1 0 0 01 0 00 0 141 1 1 1 0 01 0 00 0 151 1 1 1 1 00 00 0 161 1 1 1 1 10 0 11 0 070 1 1 1 1 10 0 11 0 080 0 1 1 1 10 0 11 0 090 0 0 1 1 10 0 11 0 0100 0 0 0 1 10 0 11 0 0110 0 0 0 0 10 0 10 0注：1.在燈控電路輸入秒脈沖信號(hào)是為了在黃燈亮?xí)r使其閃爍以起到警示