簡易交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)

1、簡 易 交通 燈 控 制 邏 輯 電 路設(shè) 計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1 .東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間 15s。2 .東西方向與南北方向黃燈亮，時間 5so3 .南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間 10s o 4.如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮。 二、方案設(shè)計(jì)與論證根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我們可以知道這個交通燈的設(shè)計(jì)是分主次干道的，兩個方面的時問是不同的，東西方向通行15s,南北方向10s,這就要求我們要有兩個計(jì)數(shù)器，根據(jù)我自 己的經(jīng)驗(yàn)，東西方向通行15s完，倒計(jì)時數(shù)字顯示器會顯示到 0,然后切換到南北方向通行 10s完之后，倒計(jì)時數(shù)字顯示器也會顯示到 0之后然后切換到東西方

2、向，這樣如此循環(huán)， 這樣的話我們就要設(shè)計(jì)一個16進(jìn)制和一個11進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，根據(jù)我們所學(xué)和知識，可以用 兩片74192芯片來構(gòu)成對應(yīng)進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，由于是15和10之間循環(huán)切換，我們可以用利用 JK觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能來實(shí)現(xiàn)兩種進(jìn)制計(jì)數(shù)器之間的切換；當(dāng)然還有每個方向倒計(jì)時只有5s時，黃燈閃，一直到0為止，由于黃燈是當(dāng)兩個計(jì)數(shù)器倒計(jì)時到 5時開始閃，我們就可以在 這時發(fā)出一個脈沖然后一直保持到 0,或者是接收05這段時間的脈沖都可以控黃燈只在到 了這段時間才亮；還有就是一個緊急開關(guān)，我們可以控制在出現(xiàn)緊急情況時使用清零端使之 清零，并且紅燈直接接到電源，使之一直處于亮的狀態(tài)。方案一：交通燈控制原理圖：

3、圖11）正常運(yùn)行時首先倒計(jì)時預(yù)置數(shù)，通過秒脈沖源給倒計(jì)數(shù)器發(fā)送秒脈沖，倒計(jì)時器開始倒計(jì)時，驅(qū)動時間顯示器顯示，并且交通燈也正常運(yùn)行，當(dāng)?shù)褂?jì)時器計(jì)到5s時，我們當(dāng)然同時可以在時間顯示器上看到，這時倒計(jì)時器驅(qū)動黃燈控制器，使正在亮綠燈方向的黃燈閃爍，當(dāng)?shù)褂?jì)時 器計(jì)到0時，驅(qū)動計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器，使倒計(jì)時器預(yù)置為另一個進(jìn)制，并同時控制和改變交通 燈的顯示，其實(shí)就是計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器既可以完成進(jìn)制轉(zhuǎn)換， 也同時充當(dāng)了交通燈的轉(zhuǎn)換功能。 如此往復(fù)循環(huán)。2）緊急情況時當(dāng)按下緊急開關(guān)時，倒計(jì)時器一直處于清零狀態(tài)，車輛通行的交通燈四個方向的紅燈同 時亮起。并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復(fù)正常時通過緊急開關(guān)可以切換哪個方向先通

4、行。方案二：交通燈控制原理圖：1）正常運(yùn)行時由555定時器計(jì)時，驅(qū)動交通燈選擇器控制交通燈的顯示，當(dāng)一個方向的計(jì)數(shù)完成之后會產(chǎn)生一個脈沖，給通道選擇器， 然后通道選擇器驅(qū)動計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到另一個進(jìn)制， 由計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器預(yù)置 555定時器的定時時間，然后再驅(qū)動交通燈選擇器控制交通燈的顯 示，如此往復(fù)，其中555定時器是由電阻和電容來控制定時時間，其中的計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器就 可用一個數(shù)據(jù)分配器74138來選擇所需電阻的大小來控制，通道擇器就可用兩個JK觸發(fā)器構(gòu)成一個四進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，其中兩個輸出端就可以來作為計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器74138的輸入，并且這兩個輸出端還可作為交通燈選擇器 74138的輸入。2）

5、緊急情況時當(dāng)按下緊急開關(guān)時，使交通燈選擇器的使能端為 0,各個方向的紅燈直接接到電源，這 樣可以使車輛通行的交通燈四個方向的紅燈同時亮起。選擇：通過這兩個方案的對比，由第二個方案用的是555定時器來計(jì)時，所以無法顯示倒計(jì)時 的時間，并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復(fù)正常時也不能通過緊急開關(guān)切換哪個方向先通行。我 覺得第一個方案更符合我們的實(shí)際要求，所以我選擇了第一個方案。三、單元電路設(shè)計(jì)1倒計(jì)時計(jì)數(shù)器這里是采用兩片74192 兩片芯片構(gòu)成16 和 11 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制個位數(shù)字的74192的減計(jì)數(shù)控制端接1HZ的脈沖輸入，其中輸入端A C是接在一起并接在進(jìn)制控制器的輸 出端。其中兩個74192的置數(shù)端是

6、由控制十位數(shù)字的74192 一個高位輸出端QD!過一個 非門接過來的，并且低位輸入端A 接高電平，控制十位數(shù)字的74192 的減計(jì)數(shù)控制端接控制個位數(shù)字的74192的借位輸出端BO兩個74192的清零端都接在緊急開關(guān)的一端。如下圖：圖32黃燈控制電路這里是采用數(shù)據(jù)分配器74138，該芯片的輸入端A、 B、 C 分別接倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的控制個位數(shù)字的74192的輸出端QA QB QC為了保證是在顯示器只是在顯示 05s時黃燈亮， 應(yīng)把此74138的使能端G1由倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的控制十位數(shù)字的 74192的輸出端QM由倒計(jì) 時計(jì)數(shù)器中的控制個位數(shù)字的 74192的輸出端QD通過一個或門再經(jīng)過一個非門接

7、過去。然 后6輸出端YR Y1、Y2、Y& Y4、Y5都分別經(jīng)過一個非門然后都接入一個或門，那么或門 的輸出端就是接黃燈的，也即黃燈控制器的輸出端。如下圖：圖43信號燈轉(zhuǎn)換電路（計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器）信號燈轉(zhuǎn)換器其實(shí)就是由計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，即一個JK觸發(fā)器，其中J、K端都同時接高電平，即構(gòu)成了一個T 觸發(fā)器，目的就是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時鐘輸入端是由倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的兩片74192的八個輸出端經(jīng)過一個或門然后經(jīng)過一個非門接入。如下圖：圖54交通燈顯示電路一個方向的紅燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端Q 和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個或門接入，黃燈是由信號燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端 Q和一個緊急開關(guān)的輸

8、出端經(jīng)過一個非門 以及一個黃燈控制電路的輸出端經(jīng)過一個1HZ的脈沖源，這三個輸出端再經(jīng)過一個與門接入，綠燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端 Q和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門，這兩個輸出端再經(jīng)過一個與門接入；另一個方向的紅燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端Q和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個或門接入，黃燈是由信號燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端Q 和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門以及一個黃燈控制電路的輸出端經(jīng)過一個1HZ的脈沖源，這三個輸出端再經(jīng)過一個與門接入，綠燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端Q 和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門，這兩個輸出端再經(jīng)過一個與門接入。其中還加入一人行道的信號燈，這些燈的接法就是紅燈

9、接在相鄰車輛信號燈的綠燈上，綠燈接在相鄰車輛信號燈的紅燈上即可，也就是該方向上的車輛通行，人行道就禁通行，反之，人行道通行。如下圖：5.緊急開關(guān)該開關(guān)這里用的是單刀雙擲開關(guān)，一端就是接入每個交通燈，直接接紅燈，其它燈是經(jīng) 過了一個非門接入，該端還接入到倒計(jì)時計(jì)數(shù)器兩片74192的清零端。另一端是不起作用，其實(shí)也可以用一個單刀單擲開關(guān)， 該開關(guān)不僅能夠在發(fā)生緊急事件， 可以手動控制四個方向 紅燈全亮。在處理完緊急事件后，第一次開始進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)時還可以通過它控制切換選 擇哪個方向開始先通行。圖7四、總原理圖及元器件清單1 .總原理圖圖82.元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注1PM57711H

10、Z/50%2脈沖發(fā)生器274LS1922計(jì)數(shù)器3CL-51614四輸入紅色數(shù)碼管474LS1121JK觸發(fā)器5CD407828輸入或門6CD4073B23輸入與門77HC08N22輸入與門8CC407132輸入或門974LS04D10非門10741381數(shù)據(jù)分配器11LH61RGY1728模擬交通燈五、仿真調(diào)試與分析：1 .在EW瞅件中打開設(shè)計(jì)好的仿真電路，點(diǎn)擊開啟運(yùn)行，剛開始是南北方向綠燈亮，東西 方向紅燈亮；分析：由于倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中控制個位數(shù)字的 74192的輸入輸入端 A C是同時接在計(jì)數(shù)進(jìn)制 轉(zhuǎn)換器中的JK觸發(fā)器的正向輸出端Q,而在電路剛啟動時JK觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)為O,所以剛開 始是 11

11、 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，控制的就是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。效果如下圖：圖92 5s 過后數(shù)碼管顯示為05 時，黃燈就開始閃爍，一直閃到數(shù)碼管顯示為00 為止，其中紅綠燈狀態(tài)是不變的；分析：當(dāng)數(shù)碼管顯示為05 時，說明倒計(jì)時計(jì)數(shù)器已經(jīng)計(jì)數(shù)到了只有5s 的狀態(tài)，此時驅(qū)動黃燈控制電路，并不影響其他電路的工作，由于黃燈控制電路是由一個74138構(gòu)成的，該芯片的輸入端A、 B、 C 分別接倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的控制個位數(shù)字的74192 的輸出端QA、 QB、QC， 為了保證是在顯示器只是在顯示05s 時黃燈亮，應(yīng)把此 74138 的使能端G1 由倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的控制十位數(shù)字的 74192的輸出端QA與由倒計(jì)時

12、計(jì)數(shù)器中的控制個位數(shù)字的74192的輸出端QD通過一個或門再經(jīng)過一個非門接過去，這樣就只有當(dāng)QA為0,并且QD也為0時才開啟此塊芯片。由于74138 的輸出端是低電平有效，所以6 輸出端Y0、 Y1、 Y2、 Y3、Y4、 Y5 都分別經(jīng)過一個非門然后都接入一個或門，那么或門的輸出端就是接黃燈的。效果如下圖：圖 10圖 113然后切換到東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，10s 過后開始黃燈閃爍，一直閃到數(shù)碼管顯示為00 為止，其中紅綠燈狀態(tài)是不變的；分析：當(dāng)11 進(jìn)制倒計(jì)數(shù)完成之后，到數(shù)碼管顯示為00 時，就馬上驅(qū)動計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器也即信號燈轉(zhuǎn)換電路，因?yàn)樗褪且粋€下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器構(gòu)成的，其

13、中J、K端都同時接高電平，即構(gòu)成了一個T 觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時鐘輸入端是由倒計(jì)時計(jì)數(shù)器中的兩片 74192的八個輸出端經(jīng)過一個或門然后經(jīng)過一個非門接入，在不需要翻轉(zhuǎn)的時間段里，時鐘輸入端一直輸入的是低電平，一旦當(dāng)11(15) 進(jìn)制倒計(jì)數(shù)到00 時，會使得時鐘輸入端輸入1,從0 >1,即產(chǎn)生了一個下降沿，使JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，使得次態(tài)為1,由以上單元電路設(shè)計(jì)中的倒計(jì)時計(jì)數(shù)器可知，此時控制個位數(shù)字的74192 的輸入端A、 C 都為 1，則此時個位的二進(jìn)制編碼是0101 即十進(jìn)制的5，并且同時置數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)制轉(zhuǎn)換，并且在轉(zhuǎn)換的同時，由交通燈顯示電路的輸入端可知同時也轉(zhuǎn)換了交通燈的顯示

14、；效果如圖11。4在任何時候都可以按下緊急開關(guān)，一旦按下緊急開關(guān)，四個方向的交通燈只有紅燈全亮，并且同時數(shù)碼顯示管都顯示為00，當(dāng)需要恢復(fù)正常通行就可以彈開緊急開關(guān)，就一切顯示都會恢復(fù)正常，并且我們可以注意到，在按下緊急開關(guān)時如果是東西方向通行的話，彈開緊急開關(guān)后，是首先恢復(fù)南北方向通行，反之，是首先恢復(fù)東西方向通行；分析： 由以上單元電路設(shè)計(jì)中緊急開關(guān)交通燈顯示電路的設(shè)計(jì)可知，當(dāng)按下緊急開關(guān)倒計(jì)時計(jì)數(shù)器一直處于清零狀態(tài)，所以顯示00；并且緊急開關(guān)的有效端就是直接接到了紅燈，其它燈是通過了一個非門才接入，所以只有紅燈亮；由于在按下緊急開關(guān)時，信號燈轉(zhuǎn)換電路也即計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器中的JK 觸發(fā)器保持了按下緊急開關(guān)之前的次態(tài)，當(dāng)彈開緊急開關(guān)時，由于倒計(jì)時器是處于00 狀態(tài)，這時就會給計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器一個下降沿，使得JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，如果原來是1,現(xiàn)在就是0,反之，現(xiàn)在就為1,這樣就可以通過緊急開關(guān)來控制恢復(fù)通行的第一次是哪個方