交通灯控制电路设计图交通灯控制电路设计

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发布时间: 2019-09-23　更新时间: 2019-09-23

交通灯控制逻辑电路设计的内容简介

1．设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒；

2．要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；

3．黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。 1．复习数字系统设计基础。

2．复习多路数据选择器、二进制同步计数器的工作原理。

3．根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图。 1．分析系统的逻辑功能，画出其框图

交通灯控制系统的原理框图如图12、1所示。它主要由控制器、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，由它控制定时器和译码器的工作。图中：

TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。

TY：表示黄灯亮的时间间隔为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。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。

2．画出交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）

（1）图甲车道绿灯亮，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TL时，控制器发出状态信号ST，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TY时，控制器发出状态转换信号ST，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TL时，控制器发出状态转换信号ST，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TY时，控制器发出状态转换信号ST，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表12、1所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：

表12、1 控制器工作状态及功能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 S3（11）甲红，乙绿甲车道禁止通行，甲车道通行 S2（10）甲红，乙黄甲车道禁止通行，甲车道缓行 AG=1：甲车道绿灯亮；

BG=1：乙车道绿灯亮；

AY=1：甲车道黄灯亮；

BY=1：乙车道黄灯亮；

AR=1：甲车道红灯亮；

BR=1：乙车道红灯亮；

由此得到交通灯的ASM图，如图12、2所示。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。

3．单元电路的设计

（1）定时器

定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在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进行设计较简便。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的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如表12、2所示。图中，是低电平有效的同步清零输入端，是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计图12.2 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。电路的工作原理请自行分析。

图12、3 74LS163的外引线排列图和时序波形图

（2）控制器

控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1= 00状态时，如果TL= 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1= 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。

图12、4 定时器电路图

表12.2 74LS163功能表

表12.3 控制器状态转换表

根据表12.3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1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。控制器的逻辑图如图12.5所示。图中R、C构成上电复位电路。

图 12、5控制器逻辑图

（3）译码器

译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。 1．数字电路实验箱

2．集成电路74LS74 1片，74LS10 1片，74LS00 2片，74LS153 2片，74LS163 2片，NE555 1片

3．电阻 51KΩ 1只，200Ω 6只

4．电容 10Uf 1只

5．其它发光二极管 6只表12、4控制器状态编码与信号灯关系表

状态 AG AY AR BG BY BR

0 0 1 0 0 0 0 1

0 1 0 1 0 0 0 1

1 0 0 0 1 1 0 0

1 1 0 0 1 0 1 0

1．设计、组装译码器电路，其输出接甲、乙车道上的6只信号灯（实验时用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能。

2．设计、组装秒脉冲产生电路。

3．组装、调试定时电路。当 CP信号为 1Hz正方波时，画出CP、 Q0、 Q1、 Q2、Q3、Q4、TL．、TY的波形，并注意它们之间一的时序关系。

4．组装、调试控制器电路。

5．完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。 1．画出实验电路原理图，并标明各元件的参数值。

2．绘出实验中的时序波形，整理实验数据，并加以说明。

3．写出实验过程中出现的故障现象及其解决办法。

4．回答思考题。

5．心得体会与建议。

数字电路设计交通灯控制器，

我们看到，这是显示的要求是40进制，4进制，20进制。且轮换进行。

很容易想到的就是使用16进制计数器。

设计方法是：

第一个40进制选取两个16进制计数器，第一个计数器的进位输出接入第二个计数器的ENT端，然后再在第二个计数器的输出端接入3-8译码器，我们知道1对应的二进制是00001，40对应二进制是101000。于是在3-8译码器输入端接入前三位，将3-8译码器的第5个输出端接到第一个计数器的LOAD端，然后第一个计数器置数端输入是0001。然后我们就可以发现这两个计数器构成了由1~40的二进制计数器。

同理我们对黄灯用一个16进制计数器设计成1~4的二进制计数器。

同理对南北绿灯用两个16进制计数器设计成1~20的二进制计数器。

然后我们理下思路，要产生你提出的效果，我们接下来要将这些计数器形成循环显示。

具体就是：

1~40二进制计数器（即东西绿灯）当到达40时，进位信号触发后一个1~4二进制计数器（即黄灯），同时这个信号阻断1~40二进制计数器继续计数。

之后，当1~4二进制计数器达到4时，进位信号触发1~20二进制计数器（即南北绿灯），同时这个信号阻断1~4二进制计数器继续计数。

之后同理，1~20到达20后，触发后一个1~4，1~4到达4后，再触发1~40。

于是我们很清晰的看到了这样一个循环，当东西绿灯40秒到后自动停止转到黄灯，到达4秒后自动停止转到南北绿灯。20秒后自动停止转到黄灯。4秒后自动停止并转到东西绿灯....然后一直这么循环，完成所要效果。

好，那我们接下来要做的就是怎么联系前后两个计数器。在此仅列举1~40如何转到1~4，之后的1~4转到1~20转到1~4再转到1~40都是一个道理，不再赘述。

如前所述，第一个1~40计数器最终是在3-8译码器的5号输出端返回到第一级的LOAD形成重新的置1从而达到1~40计数的要求的。那么我们如果将这个端口5输出的信号同时接入第一级的ENP端口，那么就行成了一旦达到40，1~40置位回到1，并且由于ENP端口出现0信号，使得整个1~40计数器达到40时重新置1并停止计数。

然后5输出的信号取非后可以用于触发后一级的ENT，触发后一级1~4计数器。然后一样的做法，当1~4达到4时，阻断自己继续计数并将信号触发再后一级的1~20计数器...一次类推就达到了你要的结果。

至于显示可以用7段显示器，这个较为简单，列个表画一个卡诺圈就出来了。