交通灯控制电路设计-方案
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交通灯控制电路设计
一、设计任务与要求
设计一个十字路口交通信号灯控制器,其中红灯〔R〕亮,表示该条路禁止通行;黄灯〔Y〕亮表示停车;绿灯〔G〕亮表示允许通行。
其要求如下:
1.设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR,NSY,NSG;东西方向的红、黄
绿灯分别为EWR,EWY,EWG。
2.满足两个方向的工作时序:东西方向红灯亮的时间应等于南北方向黄、绿灯亮的时间之和;南北方向红灯亮的时间应等于东西方向黄、绿灯亮的时间之和。一个周期为60秒,其中,绿灯亮25秒,黄灯亮5秒,红灯亮30秒。其中NSG (EWR)→NSR(EWG),黄灯用于闪烁提示绿灯变为红灯。
交通灯顺序工作流程图如图1所示:
3.十字路口要有数字显示装置,作为时间提示,以便人们更直观地把握时间。具体要求为:当某方向绿灯亮时,置计数器为某一数值,然后以每秒减1的计数方式工作,直至减到数为“0”,十字路口红、绿灯交换,一次工作循环结束,进入另一个方向的工作循环。例如:当南北方向从红灯转换成绿灯时,置南北方向
数字显示为29,并使数显计数器开始减“1”计数,当减法计数到绿灯灭而黄灯亮(闪耀)时,数码管显示的数值应为4,当减法计数到“0”时,黄灯灭,而南北方向的红灯亮;同时,使得东西方向的绿灯亮,并置东西方向的数码管的显示为29。
4.可以通过开关将交通灯手动调整为夜间状态,夜间状态为只有黄灯闪耀。黄灯一直闪耀,提醒过往行人注意。
二、总体框图:
根据设计任务和设计要求,我们可以从三个部分考虑。
1.交通灯的灯显部分
由于交通灯显示的时间分别为绿灯亮25秒,黄灯亮5秒,红灯亮30秒,所以灯显时间周期为60秒。由于绿、黄、红灯亮的时间比例为5:1:6,所以计数器每工作循环周期为12,可以选用12进制的计数器。我选用了中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。由74LS164来控制各路口灯的亮灭。
另外,由于设计要求电路可以通过开关将交通灯手动调整为夜间状态,夜间状态为只有黄灯闪耀。所以,通过一单刀双掷开关和与门来实现。当开关打到高电平时为正常工作状态,打到低电平时为夜间状态。 2.数字显示部分
数字显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿或红灯亮时,使减法计数器开始工作,每来一个秒脉冲,使计数器减1,直到计数器为“0”停止。由于灯显部分的频率是数显部分频率的1/5,所以要用一个单稳态连接数显和灯显部分。译码显示可由计数器输出驱动BCD 码七段译码器,计数器采用可预制加、减计数器,且让其工作在减法计数状态。 3.1Hz 标准脉冲和分频部分
由于十字路口每个方向绿、黄、红灯时间比例分别为5:1:6,所以,用74LS160连为5进制计数器就可以实现,即选5秒为一单位时间,计数器每5秒输出一个脉冲。
三、选择器件
器件介绍:
1.74LS164
74LS164是8位移位寄存器,其逻辑功能表如下表:
灯显部分 74LS164、74LS104、74LS108、74LS11、74LS32、74LS86 1Hz 标准脉冲 和分频部分 555定时器、74LS160
数码显示部分 LED 发光二极管、U2504R 、74LS08、74LS04、74LS32、74LS192
其逻辑符号与管脚图如下图:
74LS164为上升沿触发,串行输入,并行输出,具有异步清零功能,当=0时,
QA ~QH 全为0,当
=1时,若控制端A 、B 全为1时,输出端由QA 输入1,且
其它输出端口依次为其前一时刻前一输出端口的状态;当A 、B 全为0时,输出端由QA 输入0,且其它输出端口依次为其前一时刻前一输出端口的状态。
2.74LS04
74LS04是六反相器。反相器的功能表如下表所示: 反相器功能表 输入A 输出Y 1 0 0
1
其内部原理图与管脚图为下图:
74LS04当输入为高电平时输出等于低电平,而输入为低电平时输出等于高电平,输出与输入的电平之间是反相向关系。非门的逻辑表达式为:Y=
3.74LS08
74LS08为四输入端与门。由其逻辑功能表与内部原理图如下图:
U174LS164N
QA 3QB 4QC 5QD 6A 1
B 2~CLR 9CLK
8
QE 10QF 11QG 12QH
13
74LS08逻辑功能表
A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
74LS08的逻辑表达式为:Y=A·B
4.74LS11
74LS11为三输入的与门,由其逻辑功能表可得,其逻辑功能为“见0得0,全1得1”,即只要三个输入端口中有一个为0,则输出Z就为0,当输入全为1时,才有输出Z为1。
“三输入与门”逻辑功能表
A B C Z
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
其管脚图和内部原理图为:
其逻辑符号如下图:
5.74LS32
74LS32是二输入或门,其逻辑符号和管脚图如下图所示
或门的逻辑表达式为Y=A+B,其逻辑功能表见下表。由其逻辑功能表可得,当两个输入只要有一个为1时,输出就是1,只有两个输入都为0时,输出才是0,即“见1得1,全0得0”。
74LS32逻辑功能表
输入输出
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
6.74LS86
74LS86是二输入异或门。其逻辑符号与管脚图如下图:
其逻辑功能表如下图:
74LS86逻辑功能表
输入输出
A B Y
0 0 0
1 0 1
0 1 1
1 1 0
7.74LS160