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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页交通信号灯控制电路一、 设计任务与要求1 设计一个十字路口的交通信号灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车交替运行。2 要求黄灯先亮5秒，才能变换行车道。3 黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。二、 实验设备1 数字双踪示波器2 74LS00、74LS20、74LS74、74LS153、74LS163、74LS138、NE555、发光二极管、电阻、电容三、 实验原理与实验电路1 实验原理简介实验电路主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译
2、码器输出组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。下面简要介绍个控制信号的意义：TL：表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔是25秒，即两车道正常通行的时间间隔。定时器时间到，TL=1，否则，TL=0。TY：表示黄灯亮的时间间隔是5秒，定时时间到，TY=1.，否则，TY=0。ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由他控制定时器开始下个工作状态的定时。AG=1：表示甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=1：表示甲车道黄灯亮；BG=1：乙车道黄灯亮；AR=1：表示甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮；假设交通信号灯
3、由四种状态组成：第一种状态：甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道的车辆允许通行，乙车道的车辆禁止通行。绿灯亮足够时间间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一个工作状态。 二种状态：甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上为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。黄灯亮足够的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一个工作状态。 三种状态：甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道的车辆可以通过。绿灯亮足够规定时间间隔时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。 四种状态：甲车道红灯来亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道未过停车
4、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TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第一种工作状态。 通信号灯以上四种工作状态是由控制器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，分别用S0、S1、S2、S3表示，则控制器的工作状态即功能表如下所示：控制状态信号灯状态车道运行状态S0（00）甲绿，乙红甲车道通行，乙车道禁止通行S1（01）甲黄，乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行S2（11）甲红，乙绿甲车道禁止通行，乙车道通行S2（10）甲红，乙黄甲车道禁止通行，一车道缓行2各单元电路的设计1）秒脉冲信号的设计：设计电路图如下，选用LM555CM芯片，只
5、要控制信号发生器的频率、电压以及电阻乘以电容的值RC，在555芯片的输出端（2端）就能得出周期为一秒的秒脉冲波形，该波形就是系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，由他控制定时器和译码器的工作。 脉冲信号发生器2）定时器的设计：定时器由于系统脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后再时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS163设计。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的功能表如下所示：输入输出CR LD CTP
6、 CTT CP DA DB DC DDQA QB QC QD0 0 0 0 01 0 A B C DA B C D1 1 1 1 计数1 1 0 计数1 1 0 计数74LS的引脚排列图如下所示： 定时器的电路图如下所示：其中ST状态转换信号由控制器发出，ST状态转换信号经过一个非门后，分别接到两片74LS163的同步置零端（即图中的CLR端），两片的输入端（即A、B、C、D端）分别接地，秒脉冲信号发生器的输出秒脉冲信号分别接到两片74LS163的CP信号端（即图中的CLK端），当控制器发来的ST信号为1时，ST信号经过非门后变为0，则两片74LS163的输出端输出全为零，TY、TL信号为零，
7、当ST信号变为1后，开始计数，当TL、TY分别计时满25和5秒后，TL，TY信号送到控制器的输入端，由控制器控制定时器的计数。 定时器电路图定时器的状态转换表如下所示： STCP的顺序第一片74LS163D C B A第二片74LS163D C B ATYTL001234567891011121314151617181920212223240 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 10 0 0 10
8、0 0 10 0 0 10 0 0 10 0 0 10 0 0 10 0 0 10 0 0 10 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 000001000000000000000000000000110 0 0 0 0 0 0 00 03）控制器的设计：控制器是交通管理的的核心，他应该能够按照
9、交通管理规则控制信号灯工作状态的转换来列出状态转换表。控制器要用到的芯片有74LS153、74LS74。其中74153为数据选择器，其功能表如下所示： 输入输出 A1 A0Q1Q21 0 0 0 0 0 1C0 2C0 0 0 1 1C1 2C1 0 1 0 1C2 2C2 0 1 1 1C3 2C3状态转换表如下所示，选用两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于 状态时，如果TL=0，则控制器保持在00状态；否则控制器转换到状态。这两种情况与条件与TY无关，所以用无关项“X”表示。当控制器处于状态时，如果TY=0，则控制器保持在01状态；否则控制
10、器转换到 状态。这两种状态与TL无关，所以用无关最小项“X”表示。其他情况以此类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。 控制器状态转换表输入输出现态状态转换条件次态状态转换信号 TL TY ST0 00 x0 0 00 01 x 0 1 10 1x 0 0 1 00 1x 1 1 1 11 10 x 1 1 01 11 x 1 0 11 0x 0 1 0 01 0x 1 0 0 1由状态转换表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将、 和ST为一的项所对应的输入或状态转换条件变量相与，其中“1”用原变量表示，“0”用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程： 根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择器输入端作为控制信号，即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如下图所示，根据状态方程，第一片74LS153的输入端依次分别为1、TY、TY、0和TL、0、1、TL，输出分别接到D触发器的输入端，D触发器的输出端分别为Q1、Q0。Q1、Q0即为译码器的的信号输入端。根据信号转换方程可知：第二片数据选择器的输入端分别为TL、TY、TY、TL，输出端即为控制定时器电路的ST信号。 控制器的逻辑图
