交通燈控制電路的設計

1、交通燈控制電路的設計一、設計任務與要求設計一個十字路口的交通燈控制器，控制A,B兩條交叉道路上的車輛通行，東西方向為主干道A，南北方向為副干道B；具體要求如下：1、每條道路設一組信號燈，每組信號燈有紅、黃、綠3個燈組成，綠燈表示允許通過，紅燈表示禁止通行，黃燈表示該車道上已過停車線的車輛繼續(xù)通行，未過停車線的車輛停止通行。2、主干道通行40秒，南北通行時間為20秒。3、每次變換通行車道之前，要求黃燈先亮5s，才能變換通行車道。4、黃燈亮時，要求每秒閃爍一次。二、方案設計與論證首先根據(jù)設計的任務與要求，經(jīng)過分析得出要設計的這個交通燈控制電路的功能滿足以下幾點：1、 控制主干道A與副干道B的信號燈

2、的亮滅。2、可以對主干道與副干道的信號燈亮的時間進行倒數(shù)計時。3、實現(xiàn)黃燈的每秒閃爍。因此我們可以知道此電路應包含振蕩電路、計數(shù)器電路、譯碼顯示、主控制電路和信號燈譯碼驅動器等五個部分，并分析其原理圖如圖1所示并作出以下兩種方案。譯碼顯示振蕩電路主控制電路計數(shù)器電路信號燈譯碼驅動器圖1方案一：將整個電路工作循環(huán)周期65S作為總時間，用74LS192芯片在此基礎上進行分段，依次是40S主干道綠燈亮副干道紅燈亮，5S主干道黃燈閃爍，20S支干道紅燈亮副干道綠燈亮，5S副干道黃燈閃爍。再根據(jù)每一段的輸出信號不同用基本邏輯門電路連接交通燈來實現(xiàn)每段時間不同的燈亮。此方案易于分析理解，缺點是相對于第二種

3、方案可操作行比較差，需要的原件比較多，看起來比較復雜，不易實現(xiàn)，同時性價比較低。 方案二：對紅綠燈時段分別倒數(shù)計時，運用紅綠燈變化時的高低電平對74LS192芯片進行置數(shù)，使之能分別進行40S、5S、20S倒數(shù)計時，再通過74LS160芯片的輸出端進行各種邏輯組合運算控制紅黃綠三種燈的亮滅，通過555定時器提供的脈沖信號控制黃燈的閃爍。此方案與方案一相比更易操作，用到的邏輯運算器件也比方案一要少，現(xiàn)實應用時可用性好，性價比較高。3、 單元電路設計與參數(shù)計算1、振蕩電路555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件，具有成本低，性能可靠的優(yōu)點，只需外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器

4、、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555定時器的功能表如下：脈沖信號源選用555定時器產(chǎn)生，頻率為1Hz,根據(jù)555定時器構成的多諧振蕩器原理，可得出公式：振蕩周期為T=0.7(R1+R2)C和振蕩頻率為f=1/T。各項數(shù)據(jù)可為R1=47K，R2=51K，C1=10uF,C2=10nF,根據(jù)555定時器的功能實現(xiàn)效果來連接電路，其電路圖如圖2所示。圖2 振蕩電路圖22、計數(shù)器電路電路工作循環(huán)周期為65S，主干道紅燈為20S，綠燈為40S，副干道上紅燈40S，綠燈20S，黃燈5S，本設計我選用了74LS192和74LS160，74LS192芯片具有倒數(shù)計時清零置數(shù)功能，用來進行

5、倒數(shù)計時，74LS192的引腳排列和邏輯符號如下圖所示： 圖中：其中CPu為加法計數(shù)端，CPn為減法計數(shù)端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，MR為清除端，Q1、Q2、Q3、Q4為數(shù)據(jù)輸出端。74LS192的功能表如下：74LS160是加法計數(shù)器用來進行同步計數(shù)來控制信號燈的亮滅。74LS160的功能表如下：其中當使能端EP=ET=1時，為計數(shù)狀態(tài)。計時器電路分兩部分，倒數(shù)計時部分和加法計時部分。倒數(shù)計時部分電路如圖3所示，加法計時部分電路如圖4所示。圖3圖43、譯碼顯示此部分電路的作用是將倒數(shù)計數(shù)器電路中的數(shù)值通過數(shù)碼顯示管顯示出來便于人們可以直接觀察，此電路通過555定時器輸入脈沖信號

6、到74LS192芯片再接數(shù)碼顯示管，使數(shù)值以倒數(shù)計時方式顯示出來，預置主干道顯示器為40秒，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，然后預置主干道顯示器為5秒，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，接著副干道分別預置20秒和5秒，以每秒減1計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，一次工作循環(huán)結束，而進入下一方向的工作循環(huán)。其電路圖如圖5所示。圖5 譯碼顯示電路4、主控制電路主控制電路主要是74LS192芯片輸出的信號到數(shù)碼顯示管，每次計時完成后此輸出信號通過基本邏輯運算對74LS192和74LS160芯片進行重新置數(shù)使得整個交通燈控制系統(tǒng)能循環(huán)的進行下去。其電路圖如圖6所示。圖6

7、主控制電路5、信號燈譯碼器電路此部分電路是為了將計數(shù)器輸出的信號轉變?yōu)榧t黃綠三種顏色的燈變化所需的信號，通過計數(shù)器74LS160輸出的信號進行基本邏輯運算控制紅燈和綠燈的亮滅，黃燈的閃爍則是通過74LS160輸出地信號和555定時器所產(chǎn)生的脈沖信號進行邏輯運算實現(xiàn)的。其電路圖如圖7所示。圖7 信號燈譯碼器電路四、總電路工作原理及元器件清單1總原理圖2 電路完整工作過程描述（總體工作原理）該電路的工作原理：剛開始時，計數(shù)器74LS160的輸入端全部接地，通過計數(shù)器74LS160輸出的信號進行基本邏輯運算控制紅燈和綠燈的亮滅，黃燈的閃爍則是通過74LS160輸出地信號和555定時器所產(chǎn)生的脈沖信號

8、進行邏輯運算實現(xiàn)的。同時計數(shù)器74LS160輸出的信號經(jīng)過邏輯器件的關系控制作為計數(shù)器74LS192的輸入，計數(shù)器74LS192會預置數(shù)40秒，然后在信號脈沖的作用下和555定時器的共同作用下開始進行倒計時，當?shù)褂嫊r倒為零時，每次計時完成后此輸出信號通過基本邏輯運算對74LS192和74LS160芯片進行重新置數(shù)使得整個交通燈控制系統(tǒng)能循環(huán)的進行下去。從而實現(xiàn)對主干道，副干道的綠燈、黃燈和紅燈的亮滅的控制，讓它實現(xiàn)我們想要的功能。3元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注U1，U274LS1922計數(shù)器U374324或門U474332或非門U574031與非門U674LS1601計數(shù)器U77404

9、4非門U87SEG-BCD2數(shù)碼管U9，U1074088與門U115551定時器U12res47k,51k2電阻U13cap10nF,10uF2電容U14,U15TRAFFIC LIGHTS2交通燈5、 仿真調(diào)試與分析在proteus軟件中對電路進行了仿真調(diào)試，得到了測試效果如圖8到圖11所示四種狀態(tài)。由于74LS192芯片可以進行倒數(shù)計時，74LS160芯片的輸入端全部接地，故信號燈的輸入信號是由這兩種芯片的信號以及555定時器所產(chǎn)生的脈沖信號進行各種邏輯運算得到的，總共可得到以下幾種結果：1、 前40S內(nèi)主干道綠燈亮，副干道紅燈亮，見圖8； 圖82、中間5S主干道黃燈閃爍，副干道紅燈亮，見

10、圖9； 圖93、后20S內(nèi)主干道紅燈亮，副干道紅燈亮，見圖10；圖10 4、最后5S主干道紅燈亮，副干道黃燈閃爍，見圖11；圖116、 結論與心得結論：交通燈的整體控制電路經(jīng)過Proteus軟件的測試，倒計時以及信號燈變化等功能均可實現(xiàn)，只要開始接通電路，電路便可自動運行，主干道先倒計時40S且綠燈亮，副干道倒計時40S且紅燈亮，主干道的車輛可以自由通行；然后主干道黃燈閃爍5S副干道紅燈不變，這能夠提醒主干道過線的車輛快速穿越；接著副干道倒計時20S且綠燈亮，同時主干道倒計時20S且紅燈亮，副干道的車輛可以自由通行；最后副干道黃燈閃爍5S且主干道紅燈不變，這能夠提醒副干道過線的車輛快速穿越。仿

11、真結果得到預期效果，達到設計要求。心得：這次設計交通燈控制電路，可以說給我?guī)砹撕艽蟮捏w會。剛開始的時候，不知道從何做起，不知道怎么設計方案。于是，就去查找資料，包括翻閱相關的書籍和上網(wǎng)查看，慢慢地才理清了一點頭緒。做了幾個方案都沒有想要的效果，心里很著急，但最終還是冷靜了下來，再慢慢地分析，在兩個方案之間，終于敲定了一個方案。中間遇到了很多的問題，比如怎樣設計主控電路、信號發(fā)生器怎樣設計、所用的芯片的功能如何、需要的原件有什么、實際接上電路總是實現(xiàn)不了想要的效果等等問題。但都慢慢地理清里面的各種關系，思考著怎么做，需要什么東西，不斷地動手嘗試，尋找失敗的原因，追尋成功的原理，一步一步地堅持了下來，達到了效果，完成了想要得到的東西，心中甚是高興。總之，經(jīng)過這次的設計，我不但鞏固了前面所學到的知識，知道了知識的重要；也培養(yǎng)了我解決問題的能力，提高了動手的能力，將書本上的東西變活，并且深刻地認識到，實踐是檢驗真理的唯一標準；同時尋找?guī)椭彩呛苤匾模J真去做的話