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交通灯控制的逻辑电路设计一.概述伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高汽车的数量在不断的增加交通的问题日益突出,单单依靠人力来指挥交通已经不可行了所以,设计交通灯来完成这个需求就显的越加迫切了.为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过往往采用电子控制的交通信号来进行指挥以下就是运用数字电子设计出的交通灯其中红灯亮表示该条路禁止通行;黄灯亮表示停车;绿灯亮表示允许通行.交通灯控制器的系统框图如下:系统框图a二.交通灯的组成和原理一个用来指挥车辆顺利、畅通通过十字路口的装置——交通灯.它可以显示车辆通行和等待的时间以便车辆更有秩序的通过.一个交通灯应包含以下几个基本的部分:
1.秒脉冲和分频器因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮的比例为5:1:6所以只要用4秒为单位时间则计数器每四秒输出一个脉冲.这一电路的实现就要用到秒脉冲和分频器.
2.控制器这是交通灯的核心部件.由波形图图(b)可知、计数器每次工作循环为12所以可以选用12进制计数器.此设计选用中规模74LS164八位移位寄存器组成的扭环形12进制计数器.其状态表如图c所示控制器波形图bt计数器输出南北方向东西方向Q0Q1Q2Q3Q4Q5NSGNSYNSREWGEWYEWR00000001000011100000100001211000010000131110001000014111100100001511111001000161111110011107011111001100800111100110090001110011001000001100110011000001001010图c根据状态表我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式:东西方向:绿:EWG=Q4*Q5;黄:EWY=Q4*Q5;红:EWR=Q5;南北方向:绿:NSG=Q4*Q5;黄:NSY=Q5*Q4;红:NSR=Q5;
3.显示部分显示控制部分实际是一个时控电路.当红灯亮时使减法计数器开始工作用对方的红灯信号控制每来一个秒脉冲使计数器减1直到计数器为”0”而停止.译码显示用74LS248BCD码七段译码器显示器用LC5011—11共阴极LED显示器计数器采用可预置加、减法计数器74LS
168.
4.手动/自动控制夜间控制部分此部分用选择开关进行.置开关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在自动位置时则交通信号灯安自动循环工作方式运行.夜间时将夜间开关接通黄灯亮.三.设计要求
1.满足如图d顺序工作流程.南北方向绿灯亮、东西方向红灯亮占5t南北方向黄灯亮、东西方向红灯亮占1t南北方向红灯亮、东西方向绿灯亮占5t南北方向红灯亮、东西方向黄灯亮占1t图(d)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
(2)应满足两个方向的工作时序即东西方向亮红灯的时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和,南北方向亮红灯的时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和时序工作流程图如图(b)所示图(b)中,假设每个单位时间是4秒,则南北、东西方向绿,黄,红灯亮时间分别为20秒,4秒,24秒,一次循环为48秒其中红灯亮的时间是绿灯,黄灯亮的时间之和,黄灯是间歇闪耀的
(3)十字路口要有数字显示,作为时间提示,以便人们更直观的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的计数方式工作,直至减到数为‘0’,十字路口红,绿灯交换,一次工作循环结束,而进入下一步某方向的工作循环如当南北方向从红灯转换成绿灯时,置南北方向的数字显示为24,并使数显计数器开始减‘1’计数,当减到绿灯灭而黄灯闪耀时,数显的应值应为4,当减到‘0’时,此时黄灯灭,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24
(4)可以手动调整和自动控制,夜间为黄灯闪耀四.设计步骤及方法
1.单次手动及脉冲电路单次手动脉冲(如下图)是由两个与非门组成的RS触发器产生的当安下K1时有一个脉冲输出使74LS164移位计数实现手动控制.K2在自动位置时由秒脉冲电路分频后4分频输入给74LS164这样74LS164为每4秒向前移一位计数1次秒脉冲电路用555电路来实现如下所示:单次手动脉冲振荡器是产生时间标准’秒’信号的电路在精度要求不高的情况下在本系统中振荡电路选用555定时器构成的多谐振荡器产生(如下图)555电路产生的秒信号与4分频电路多谐振荡器的振荡频率可以用下面的式子推出f0=1/T≈1/
0.69R1+2R2C如果选用R1=R2=10КΩC选47μf(如图所示).则可以调节出频率为1的时钟信号.然后再通过分频器4分频.就得到要求的时钟脉冲
2.控制器部分它是由74LS164组成扭环行计数器然后经译码后输出十字路口南北、东西两个方向的控制信号.其中黄灯要满足闪耀并在夜间时黄灯闪亮但绿、红灯灭.电路控制图如下:
3.数字显示当南北方向绿灯亮而东西方向红灯亮时使南北方向的74LS168依减计数工作从24开始往下减当减到’0’时南北方向绿灯灭红灯亮而东西方向红灯灭绿灯亮.由于东西方向红灯灭信号(EWR=0)使与门关断,减法计数器工作结束而南北方向红灯亮,使另一方向――东西方向减法计数器开始工作电路图如下。