一． 设计要求（1）在十字路口的两个方向上各设一组红灯、绿灯、黄灯，显示顺序为： 其中一个方向是绿灯、黄灯、红灯，另一个方向是红灯、黄灯、绿灯2）设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间， 其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别为 20s、5s、25s3）当各条路中任意一条上出现特殊情况，例如有消防车、救护车或其他 需要优先放行的车辆时，各方向上均是红灯亮，倒计时停止，且显示数字在闪 烁当特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行二． 设计原理及框图交通灯控制系统的原理框图如图1 所示，它主要由秒脉冲发生器，时间显示 器，倒计时计数器，计数控制器，交通灯控制器，交通显示灯，紧急开关构 成秒脉冲发生器是该系统中定时器的标准时钟信号源，同时控制着正常工作 时黄灯与特殊情况下数码管数字的闪烁，倒计时计数器控制器控制倒计时计数 器，倒计时计数器输出的数字经过时间显示器显示在数码管上交通控制器控 制交通显示灯的亮灭，交通控制灯的输入信号由紧急开关和倒计时计数器共同 提供图一：交通灯控制系统的原理框图两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如图2所示，它们转换到数字状 态如下图。
TS=OTF=0 ：＞状态0TS=1状态1状态2状态3TF:表示甲车道或乙车道红灯亮的时间间隔为25秒，当TF=O时，甲车道为 红灯，25秒倒计时；当TF= 1时，乙车道为红灯，25秒倒计时TS：表示倒计时到5秒和20秒TY=0倒计时20秒，否则，TY=1倒计时5秒一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：（1）甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮表示甲车道上的车辆允许通行，乙车 通行此时TF=O,TS=O；绿灯亮足规定的时间隔20s,倒计时计数器发出状态转 换信号使TS=1，使计数控制器使TS=1转到下一工作状态2） 甲车道黄灯亮,乙车道红灯亮表示甲车道上未过停车线的车辆停止 通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行黄灯亮足规定时间间隔 5s时，倒计时计数器发出状态转换信号使TF=1, TS=0，使控制器控制译码器 转到下一工作状态3） 甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮表示甲车道禁止通行，乙车道上的车 辆允许通行，绿灯亮足规定的时间间隔20s时，倒计时计数器发出状态转换信 号使TS=1，使控制器控制译码器转到下一工作状态4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停 车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通 行。
黄灯亮足规定的时间间隔5s时，倒计时计数器发出状态转换信号使 TF=0,TS=0，使计数控制器转到下一工作状态，即系统又转换到第（1）种工作 状态因为在上述转换过程中灯的转换只在计数器为零的时候发生且不存在竞争 冒险的问题，所以可设计为当计数器为 00 时即发生信号灯的转换，当信号灯 1 为 00 时，交通灯控制器向交通显示灯发出转换信号，交通显示灯由红灯变 为绿灯；当信号灯 1 再次为 00 时，交通灯控制器向交通显示灯发出转换信 号，交通显示灯由绿灯变为黄灯；当信号灯1再次为00时，交通灯控制器向 交通显示灯发出转换信号，交通显示灯由黄灯变为红灯信号灯2与信号灯1 转换过程相同，只不过信号灯2是由绿灯到黄灯再到红灯的三． 器件说明1. 元件清单：（1） 集成元件74LS161四片 N555 一片74LS192四片7447N两片74LS21四片（与门） 74LS04 （非门）三片74LS32五片（或门）74ls27四片（或非门）（2） 数码管 共阳极七段数码管四个红色LED两个，黄色LED两个，绿色LED两个（3） 电阻 51KQ —只， 39KQ —只（4） 电容 10 口F —只，10nF 一只（5） 开关 三刀双掷开关一只2. 主要器件的引脚排列图和功能表（1） N555引脚图：（2）74ls161引脚图：GNDTRIGOUTRESET.u132T3&45DISCHTHRESCONTCONNECTION DIAGRAM DIP (TOP VIEW)VCC TC Q0 Q1 Q2 Q3 GET PENOTE:The Flatpak version has the same pinouts (Connection Diagram) as the Dual In-Line Package.*MRfbrl_S160Aand LS161A *SR for LS162Aand LS163A功能表：FUNCTION TABLEInputsOutputsrunctianResetLoadEnableEnableClockQOQiQ2Q3T.XXXXrLrIReset to ©HLXX—厂POPlP2P3Preset Da [a11liXL_rNo changeNd couiLtHH1.X_rNo changeNo countTTIITTH_rCount upCountHXXXLNo clmngENo coimt.X=don't carePO,P1,P2,?3 = logic level ofData inputsRipple Cany Oiut = Enable r* QO • Qi • Q2* Q3(3) 74lsl92引脚图：CONNECTION DJAGRAM DIP (TOP VIEW)VQC 用 MR KD Ku pl P2 P3甸而冏冋FH冋0NOTE:、 The Flatpak versionJ has the same p in outs(Connection Diagram) as the Dual In-Line Package.J 2 A J- 5 I 6 I 了 呂Pl Qi q CPd CPu Q2 Q3 GND波形图：J~I| I Im IlFBllhljHI IHF ■ ■ ・ ■ ■ClurCotMr < UURI Oi.wrt（4）7447n引脚图：四． 设计过程4.1.秒脉冲信号发生器的设计 方案一：本实验采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。
因为该电路的输出脉冲的周期 T~0.7(R +2R )・C,若 T=ls，令 C=10 口 f, R =39KQ，那么1 2 1R ~51KQ取一固定电阻47KQ与一个5KQ的电位器想串联代替电阻R22在调试电路时，调节电位器R，使输出脉冲周期为Is如图3.1所示P图3.1秒脉冲信号发生器用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器 ,如图3.2 先用石英晶体振荡器和若干电阻电容组成频率为 32768Hz 的信号发生器，再用十四位二进制计数器CD4060 14进行14分频使其成为2Hz的信号，最后用D触发器进行2分频，使其成为频率为1Hz的秒脉冲信号图3.2石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器方案选择：本设计中由于用秒脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度会影响计数 器的精度，进而影响控制系统的精度，因此要求秒脉冲信号具有比较高的精 度，为提高精度可先做一个频率比较高的矩形波振荡器，然后将其输出信号 分频，就可以得到频率较低而精度比较高的脉冲信号发生器用石英晶体构 成秒脉冲信号发生器不需要外加输入信号，而且其脉冲频率很稳定，起振 快、时基精度高，它的工作频率仅决定于石英晶体的振荡频率，而与电路中 的 R、C 的数值无关。
综上考虑，在实际应用中秒脉冲信号发生器的设计选用石英晶体振荡器 和分频器构成秒脉冲信号发生器但由于本次设计是基于 multisim11 软件 的，，所以在仿真过程中可以使用时钟脉冲电源（1HZ, 5V）代替在仿真精 度不高的前提下，也可以使用 RC 多谐振荡器构成的电路来提供秒脉冲4.2 倒计时计数器和时间显示器的设计倒计时计数器直接控制时间显示器所显示的内容，因为交通灯都是倒计时的 数字，所以采用可加可减的74lsl92,采用俩片74lsl92分别对25s, 20s, 5s 进行倒计时，采用异步计数置数法，当两片74ls192的BO为0时置数，即两片 74ls192的QA,QB,QC,QD都为零时置数，不需要再加入脉冲即可实现置数因 为74ls192的BO引脚不工作时是高电平，所以加非门后连入第二片74ls192， 实现十位的倒计时两片74ls192的QA,QB,QC,QD分别与两片7447N的输入端 A,B,C,D相连接；7447N的输出分别与七段共阳数码管的A,B,C,D,E,F,G相连 接，两个七段共阳极数码管的CA引脚连接在一起接入紧急开关，以实现数字的 闪烁功能倒计时计数器和时间显示器如下图：p-ItML--筠7447NA134當逮74LS192D 74LS192Dnil7447N祖！■B A秒脉冲4.3计数控制器计数控制器是电路的核心，它主要根据倒计时计数器中QA,QB,QC,QD的信号 来输出信号到倒计时计数器，从而实现在时间显示器到00后能够正确继续显示 要倒计时的大小，从而与交通灯的亮灭相对应。
观察交通灯计数要求，红灯 25S,对应数字信号为0010 0101；绿灯20S,对应数字信号为0010 0000；黄 灯5S，对应数字信号为0000 0101发现这三个状态数字信号第2位和第0位 始终相同，且第7，6，5，3，1位始终为0；所以只要控制第4位和同时改变 第0位和第2位即可完成对倒计时状态的转换方案一：两个交通灯通过秒脉冲联系在一起，但它们之间置数独立，即第一组 倒计时计数器倒计时25S-20S-5S-25S;第二组倒计时计数器倒计时20S-5S f25S—20S第一组倒计时计数器的控制电路如下图：74LS1MD払 E QC1 QDl QA2 QB2，，・ '-E H 6 ' ■=!■ ■ ■ '§\/ 円1亍只要在倒计时计数器在倒计时到00之前将控制置数的A,B,C,D引脚电平改变为 需要的电平即可，所以可以用 D 触发器或者 74ls161 接收倒计时计数器的控制 信号使控制电路在倒计时计数器为 07 时（倒计时 5S 时在 05 就转变了）转变 74ls192 的 A，B,C,D 电平上图741S161的状态图是00-01-10-00； 0R4的输入为第一个74lsl92的QC 的非，第一个741S192的QD，第二个741S192的QA和QB。
当电路处于初始状 态时，741S161的QA,QB输出00,通过两个非门分别接到第一组倒计时计数器 的第 0 位第 2 位和第 4 位，所以初始状态第一组倒计时计数器的第 0 位第 2 位 和第 4 位都是 1，即倒计时计数器从 25S 倒计时；当倒计时计数器倒计时到 07S 时，或门OR4由1变为0, 74LS161接收到一个脉冲，输出加1使QB, QA变为 01，所以第一组倒计时计数器的第 0 位第 2 位变为 0 而第 4 位还是 1，倒计时 计数器计数到 00 后置数工作，变成 20S 倒计时，从而完成状态转换当或门 OR又由1变为0时4741S161又接收到一个脉冲，输出由01变为10，从而变成 05S 倒计时；。