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1、第一章第一章 设计思路设计思路1.1 设计任务与要求设计任务与要求设计一个十字路口交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间 25 秒；要求黄灯先亮 5 秒，才能变换运行车道；黄灯亮时要求每秒闪亮一次。1.2 设计分析设计分析用交通灯控制十字路口的车辆通行，绿灯通行，黄灯缓行，红灯停止，每次通行 25 秒，则要求绿灯每次亮 25 秒。绿灯亮 25 秒后变成黄灯，黄灯再亮 5 秒，当甲车道亮绿灯时，乙车道红灯亮，那么当甲车道亮黄灯时，车辆缓行，此时乙车道不能通行，故亮红灯，所以红灯亮 30 秒。黄灯闪亮，只需将黄灯的控制信号与时间的秒信号相与即可。1.3 设计原
2、理与框图设计原理与框图为了确保十字路口的车辆顺利、通畅地通过，往往都采用自动控制的红、黄、绿的交通灯来进行指挥。其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆缓慢通行；绿灯表示该道路允许通行。交通灯的控制系统框图如图 1-1 所示：时 标分频系统控 制电路东西方向 EW G Y R南北方向 NS G Y R倒计时 显示图 1-1它主要由控制器、分频器、倒计时器和时标等部分组成。时标以秒脉冲发生器产生，倒计时器显示两组信号灯的控制时间，分频器将时标秒信号进行五分频，并将信号提供给控制器，控制器是系统的主要部分，由它控制倒计时器，和红绿黄灯的显示情况。
3、第二章第二章 总体设计方案总体设计方案（1）两车道的运行状态共 4 种，如表 2-1 所示控制器状态信号灯状态车道运行状态及时间S0（00） S1（01） S2（11） S3（10）南北绿，东西红 南北黄，东西红 南北红，东西绿 南北红，东西黄南北通行，东西禁止通行(5t) 南北缓行，东西禁止通行(t) 南北禁止通行，东西通行(5t) 南北禁止通行，东西缓行(t)表 2-1 控制器工作状态及其功能表中设南北方向的红、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
4、向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。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。同理，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。本方案取时间 t=5s，则南北、东西方向亮绿、黄、红灯时间分别为 25s、5s、30s。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。（2）十字路口要有数字显示作为时间提示，以方便人们更直观地把握时间。具体应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，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。例如当南北方向从红灯转换成绿
5、灯时，置南北方向数字显示为 30，并使计数器开始减“1”计数。当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显示应为 5，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 30。时序工作流程图如图 2-2 所示：S0=00 30sS1=015sS2=1030sS3=1125s图 2-2(3)时标直接由集成的时钟信号源提供 1s 的单位秒脉冲；倒计时器由 4 块 74LS192 两两组合，分别记录南北、东西方向的通行情况，数字显示由四块集成的 4 输入端数码管承担；时间 t=5s，有74LS161 的五分频信号提供；控制器由 2 块 74LS194 组成扭环行
6、 12进制计数器，提供红黄绿灯的控制信号，再由集成的虚拟交通灯模拟红黄绿的显示情况。第三章第三章 单元电路设计单元电路设计3.1 时标电路时标电路秒脉冲由如图 3-1 所示的集成时钟信号源提供，本方案信号源采用 5V 的电压，它是整个电路的基准时间信号，它的秒脉冲直接提供给分频器 74LS161，并触发其工作。图 3-13.2 分频电路分频电路该分频电路为五分频，具体设计情况如图 3-2 所示：U574LS161DQA14 QB13 QC12 QD11RCO15A3 B4 C5 D6ENP7 ENT10LOAD9 CLR1CLK2V160 Hz 5 V VCC5VXSC1ABCDGT U1A
7、74LS04D图 3-24 位同步二进制计数器 74LS161 的封装及功能表见附录，将芯片的始能端 ENP、ENT，清零端（低电平有效），电源端接 5V（高电平），输出端 QC 五进制的进位端通过 74LS04 非门反馈给置数端LOAD（低电平有效），输入端 A、B、C、D 均接地（低电平），计数器从 0 开始计时，当计数到 4 时，输出端 QC 为 1（高电平），此时置数端 LOAD 有效，输入端重新置为 0，如此循环，计时器反复从 0-4 计五个数，该过程中 CLK,QA,QB,QC 的波形依次如图 3-3 所示：图 3-3由波形图可知图 3-2 中的计数器是下降沿触发的，QB,QC 均
8、为五分频信号，本方案中选择 QC 信号并输入给下级的核心控制电路，作为 74LS194 的触发信号。3.33.3 核心控制电路及显示核心控制电路及显示 控制电路部分由两块 74LS194 组成扭环行 12 进制计数器，然后经 74LS04 的非门与 74LS08 的与门译码，输出给十字路口南北、东西两个方向的信号灯，其中的黄灯信号与时标秒信号相与即可获得每秒闪亮一次的信号。扭环行计数器的状态表如下所示计数器输出南北方向东西方向Q0Q1Q2Q3Q4Q5NSGNSYNSREWGEWYEWR0000000100001110000010000121100001000013111000100001411
9、1100100001511111001000161111110011007011111001100800111100110090001110011001000001100110011000001001010根据状态表，可列出东西、南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式：东西方向绿：EWG=Q4Q5 黄：EWY=Q4 Q5(EWY=EWYCP)红：EWR=Q5南北方向绿：NSG=Q4 Q5黄：NSY=Q4Q5(NSY=NSYCP)红：NSR=Q5具体电路图 3-4 设计如图所示：图 3-474LS194 四位双向移位寄存器的引脚与功能表见附录，将其中一片 74LS194 的 QD 接至另一片的 SR，
10、将另一片的 QA 接到这片的SL，同时把两片的 S1、S0、CLK 和CLR 分别并联即可变成 8 位的双向移位寄存器，如上图所示电路只采用右移功能，故只将左边的74LS194 的 QD 接至右边的 SR，再降右边输出端的 QB 接方向器非门反馈给左边的 SR，作为右移的输入信号，从而行成扭环 12 进制计数器，另上图两片 74LS194 输出端的 QA、QB、QC、QD 从左至右分别为 Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8。按东西、南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式连接成上图所示电路的右边部分，黄灯闪亮则需将 EWY 和 NSY 分别与时标信号相与。图中上面的交通灯模拟东西方向
11、，下面的则模拟南北方向。另外，S0、CLR 接高电平，S1 接低电平，CLK 接上级的五分频信号。并将东西、南北方向的黄灯信号与时标秒脉冲相与 (EWY=EWYCP 和 NSY=NSYCP) 的反向信号分别输出给下级南北、东西方向倒计时器的置数端，东西、南北反向的红灯信号和时标秒脉冲的与信号分别输出给下级南北、东西方向倒计时器，作为触发信号。3.4 倒计时显示电路电路具体设计如图 3-5 所示，左边两块 74LS192 和集成数码管记录和显示南北方向红灯亮的时间，右边两块 74LS192 和集成数码管记录和显示东西方向红灯亮的时间。将低位 74LS192 的借位输出端(BO)和进位输出端(CO
12、)分别接至高位的减计数时钟输入端(DOWN)和加计数时钟输入端(UP)，组成两位十进制计数器。本计数器用来倒计时，将减计数时钟输入端(DOWN)，接上级相应控制电路红灯信号和时标秒脉冲的与信号，低位的加计数时钟输入端(UP)接 5V 的高电平，置数端接上级相应控制电路黄灯信号与时标秒脉冲相与的反向信号，置数输入端都置成 30，异步清零(CLR)接地（低电平）。图 3-5第四章第四章 电路总图电路总图U574LS161DQA14 QB13 QC12 QD11RCO15A3 B4 C5 D6ENP7 ENT10LOAD9 CLR1CLK2U174LS194DA3 B4 C5 D6SL7QA15 Q
13、B14 QC13 QD12SR2CLR1S09 S110CLK11U774LS194DA3 B4 C5 D6SL7QA15 QB14 QC13 QD12SR2CLR1S09 S110CLK11U8A74LS04DU2A74LS04DU3A74LS04DU4TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU9TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU10A74LS08DU16A74LS08DU17A74LS08DU18A74LS08DV1100 Hz 5 V VCC 5VU11A74LS08DU12A74LS08DU13 74LS192DA15 B1 C10 D9UP5QA3 QB2 QC6 QD7DO
14、WN4LOAD11BO13 CO12CLR14U14 74LS192DA15 B1 C10 D9UP5QA3 QB2 QC6 QD7DOWN4LOAD11BO13 CO12CLR14U15 74LS192DA15 B1 C10 D9UP5QA3 QB2 QC6 QD7DOWN4LOAD11BO13 CO12CLR14U19 74LS192DA15 B1 C10 D9UP5QA3 QB2 QC6 QD7DOWN4LOAD11BO13 CO12CLR14U20DCD_HEX_DIG_REDU21DCD_HEX_DIG_REDU22DCD_HEX_DIG_REDU23DCD_HEX_DIG_REDU
15、24A74LS04DU25A74LS04DU26A 74LS08DU27A 74LS08DJ2Key = A U28A74LS04D第五章第五章 元件清单元件清单第六章第六章 接线与调试接线与调试画好电路原理图已经是件不易的事了，然接下来的接线与调试也决不是易事。先是按原理图领实验箱、接线图和必需芯片，领芯片的时候就出洋相了，和很多一样每个门电路都写一块芯片，实验室的老师开玩笑道：这拿完家底都不够呢！接着就是和同组的同学接线，反反复复接了两三次，一连也接了两三天。接线绝对是个技术活，一是要对实验箱的各个必需的模块有个大致了解。如电路板的等位点的分布，实验箱的开关按钮的用法，这是每组都需清楚的，
16、我们这次做的课题是交通灯，那么数码管、模拟交通灯也是必需要了解的。二是把线插稳、芯片插好，就一般的直直的插进去很容易脱落，所以插时用镊子将线头做适当的弯曲是必要的，芯片是要先对准孔再插，用力不能过大，不然容易损坏引脚。三是了解芯片的管脚排列，同学们这次用的芯片型号多种，但引脚数目只有两种，即 14 和16。每块芯片都有个缺口，14 引脚的芯片从的下方第一个引脚开始编号依次为 1、2、3、4、5、6、7，上方从远离缺口的那个引脚开始依次为 8、9、10、11、12、13、14。16 引脚的芯片排列同理。还有个相似的地方，即缺口上方的 16 号和 14 号引脚都是芯片的电源端，缺口下方最后的 8 号和 7 号引脚都是芯片的接地端。其他的引脚则多少有些不同了，然有点芯片引脚间还是有些规律性的排列的，如门电路芯片。接线时原理图中芯片上的编号与实物的芯片编号是一一对应的，接线时明白这一点很重要。最后是查错与调试电路，电路可以分模块调试，如
