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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date数电课设交通灯数电课设交通灯十字路口交通管理控制器的设计1 方案设计 1.1方案一 1.1.1 电路设计框图 信号灯译码器控制器秒脉冲发生器通过此框图可知，此方案主要由四部分组成，分别为秒脉冲发生器、控制器、译码器、信号灯。方案：系统的计时器是由161组成，其中应因为绿灯时间为60秒，红灯25秒，黄灯5秒，所以绿灯定时器由一块74LS161级联组成，161是4位二进制
2、同步计数器，它具有同步清零，同步置数的功能，系统的主控制电路就是它，它是整个系统的核心，控制信号灯的工作状态。系统的译码器部分是由一块74LS00，74LS04，74LS20这些与非门组成，它的主要任务是将控制器的输出翻译成6个信号灯的工作状态。而一个74LS48是将161的信号翻译为数码管的显式信号，当然中间加了与非门。整个设计共由以上三部分组成。设计原理：交通灯控制系统主要由控制器、译码器和秒脉冲信号发生器等器件组成。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，译码器输出两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，由它控制译码器的工作。红灯时间亮为2
3、5秒，由161输出端的最高位控制！黄灯时间亮为5秒，由161输出端的4位信号的与非的非控制。而绿灯亮60秒，是红灯的非与黄灯的非控制。表示定时器到了规定时间后，由控制器发出状态转换信号，由它控制定时器开始下一个工作状态。1.1.2单元电路的设计1.1.2.1 秒脉冲信号发生器时钟信号产生电路主要由555定时器组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生一定的“0” 、“1 ”信号，电路图如下图所示：所以时间周期就是：C1.1.2.2 定时器系统的定时器是由161组成，其中应因为绿灯时间为30秒，所以绿灯定时器由两块161级联组成，红灯和黄灯各位一片，161是4位二
4、进制同步计数器，它具有同步清零，同步置数的功能，电路图如下图所示： 红灯黄灯绿灯1.1.2.3 所用器件名称个数74LS161 174LS04 174LS08 1555 1七段显示译码器2发光二极管红、绿、黄各两个，电阻，电容若干1.1.2.4 整机电路图1.1.3 方案简评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，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔60s时，控制器发出状态信号，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
5、隔5s时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔20s时，控制器发出状态转换信号，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，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态。交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示
6、。控制器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S3（10）甲红，乙黄甲车禁止道通行，乙车道缓行该设计方案的优点：用的器件少，结构简单，延迟小。该设计方案的缺点：此方案循环时间太短，不适于较长时间的设置，且由于元件简单，无法完成一些扩展功能，即无法给主道和此道置数，一旦设计完成后就无法改变其红绿黄灯显示的时间，如果以后要改变就只能重新设计，不利于实际中运用的灵活性。下面着重介绍另一种方案，此方案克服了以上方案的不能重置数的缺点，更适用于实际电路。1.2方案二1.2.
7、1 电路设计框图时钟电路主道计数器次道计数器译码显示器译码显示器组合电路组合电路秒脉冲电路主绿主黄主红次绿次黄次红计 数 器组 合 逻 辑 电 路从上面的框图可以看出此电路主次道计数器是由秒脉冲电路和组合电路共同给予脉冲来控制其计数的，然后主次道计的数通过译码显示来显示计的数。而组合电路的输入则是由组合逻辑电路给予的。如此同时组合逻辑电路还控制主次道红、黄、绿灯的亮和灭，组合逻辑电路的输入与计数器相连，可知组合逻辑电路是受计数器控制的，而计数器又是通过时钟电路发出脉冲来工作的。而且，我们通过分析可知此时钟脉冲与秒脉冲电路并不是同步的。1.2.2电路原理图与各级分析此原理图左右两部分电路分别为次
8、道和主道的电路图，中间下面的为由555定时器组成的多谐振荡器，发出周期为一秒的脉冲波。主道和次道的电路组成元件类型一样，个数相同，都是由74LS192计数器、74LS139译码器、74HC573锁存器和或门、与门、非门等组成。所以以下对各部分做分别介绍时，只介绍主道部分，最后只对主道和次道的不同作简要分析一下。1.2.2.1 秒脉冲电路的设计如图所示，为由555定时器构成的多谐振荡器，主要由电容C2的充放电来引起振荡。R1、R2和电容C2来决定振荡时间，5脚通过C1接地，主要起到防止干扰的作用，以防基准电压的变化引起振荡周期的变化来影响电路工作。7脚里接的是一个三极管的集电极，电容C2就是通过
9、它的导通和截止来充放电而引起振荡的。由于7脚接在R1和R2中间，所以放电时，电流只通过R2，因此放电时计算时间和电容C2相乘的只有R2，计算式需要注意这一点。6脚与2脚都直接连在电容一端。由555定时器构成的多谢振荡器内部结构如下图：工作原理：当加上电源后，电容器C1经外接电阻R1与R2由Vcc充电，电容器C1两端电压一直上升到2/3Vcc(第六脚之临界电压)，于是触发NE555的第三脚的输出为低态。此外，放电电晶体被驱动而导通，使得第七脚的输出将电容C1经电阻R2放电，电容器的电压就开始下降，直到它降到触发位准1/3Vcc，正反器再次被触发，使第三脚输出回到高态，且放电晶体管截流，于是电容器
10、C1再次经由电阻R1及R2充电，重复这些动作就会产生振荡。另外，若你想电容上的充放电电压为别的值，则你可以通过在五脚输入你想的电压Vco，此时电容上充电到的最大电压电压就为Vco，放电到的最小电压就为1/2Vco ，通过此处设置也可以设置多谢振荡器的振荡时间，即振荡周期。充电路径：由Vcc出发，经由R1及R2至电容器C1。 放电路径：由电容器C1出发，经由R2至NE555之第七脚。其电容波形和对应的的输出波形如下图：1.2.2.2 计数器的设计本电路计数器选择的是74LS192，它是一个十进制可逆集成计数器，即既可以进行加计数又可以进行减计数，加减计数时脉冲节的引脚不同，切不可接反，其引脚及功
11、能如下：UP为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。PL为预置输入控制端，异步预置，低电平有效，当其为低电平时，除了清零端有效外，别的管脚无效。MR为复位输入端，高电平有效，异步清除。TCU为进位输出：1001状态后负脉冲输出，TCD为借位输出：0000状态后负脉冲输出。D0、D1、D2、D3为数据输入端，当PL为低电平时，它们置的数有效；Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端，当PL为低电平时，它们输出D0、D1、D2、D3被置的数。74LS192功能表如下：其余的为两个数码管，两个四输入或门，一个二输入或门，整个电路工作原理如下：开始时两个74LS192芯片都输出低电平，通过两个四输入或
12、门和一个两输入或门接到两个芯片的置位端，这就将两芯片初始置的数输到两个数码管，一旦芯片开始计数使输出不全为零，输出经三个或门后输出的就为高电平给置位端，此时芯片置位就无效。由555定时器构成的秒脉冲器给右边的74LS192芯片的减计数端，此芯片就开始进行减计数，当减到使它的输出全为零时，TCD端就输出一个负脉冲，使左边的芯片减一计数。如此一直减计数到两个芯片都输出为零时，芯片开始重新置数。1.2.2.3置数电路的设计置数电路如下图，本设计中用的是锁存器74HC573，它是一个三态八位锁存器，在电路中，一个锁存器前四位给左边的计数器置数，后四位给右边的计数器置数。芯片74HC573有如下特点：三
13、态总线驱动输出；置数全并行存取；缓冲控制输入使能输入有改善抗扰度的滞后作用。它的引脚图及工作原理说明：74HC573的八个锁存器都是透明的D 型锁存器，当使能（LE）为高时，Q 输出将随数据（D）输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响锁存器的内部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭时，新的数据也可以置入。这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动总线，而不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，I/O 通道，双向总线驱动器和工作寄存器。74HC573的功能表如下：整个电路工作原理如下：芯片74HC573的锁存使能端接高电平，即只要输出使能端接
14、低电平，三个锁存芯片每位前四位接一个计数器四位输入端，每个芯片后四位接另一个计数器的四位输入端，通过给每个74HC573可以给两片计数器芯片置数，如果我们轮流给每个锁存器输出使能端低电平，则就可以给两个计数器轮流置数，本电路下面的是一个由74LS192构成的三进制计数器，轮流给三个锁存器输出使能端低电平，则就可以轮流给两个计数器置不同的数。每个锁存器下面都有八个单刀双掷开关，用来选择高低电平的输入，通过开关的选择可以给锁存置入不同的数。1.2.2.4计数置位和交通灯控制电路如下图所示，此电路由一个74LS192十进制计数器、一个74LS139译码器、四个非门和三个交通灯组成。74LS139为2 线4 线译码器。当选通端（E）为低电平，可将地址端（A、B）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出，若将选通端（E）作为数据输入端时，139 还可作数据分配器。此电路工作原理：74LS192十进制计数器的Q0Q1接到一个与门，然后反接到计数器置位端，当计数器计数三次后就会给置位端一个正脉冲，计数器就会重新置数。74LS192的Q0Q1端接到74LS139的AB端，当计数器计数时，139芯片Y0、Y1、Y2输出端依次输出低电平，将此低电平给锁存器，锁存器就会给主计数器置数。1.2.3 方案分析此方案在满足交通灯一般各灯按规定闪烁的情况下，加入了自由控制各灯闪烁时间的控
