交通信号控制逻辑电路..doc

数字电子课程设计 交通信号控制逻辑电路 一、简述交通灯基本工作原理 交通灯系统原理图：为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。见下图： 图1 交通灯控制器系统框图 二、设计要求 设计中十字路口交通信号灯控制，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，则满足图1交通灯顺序工作流程图并且可以并行工作：NSG（EWR）→ NSR（EWG），黄灯用于闪烁提示绿灯变为红灯。 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。时序工作流程见图2所示： 图2 交通灯顺序工作流程图 图3 交通灯时序工作流程图 图2假设每个单位时间为2秒，则南北东西方向的绿，黄，红灯亮的时间分别为12秒，2秒，12秒，一次循环为24秒，其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。 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，置计数器为某一个数值，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12，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2，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12。 4. 可以手动调整脉冲时间，夜间为黄灯闪耀。 三、交通灯基本组成 它主要由控制器、显示控制部分和秒脉冲信号发生器等部分组成。 单次手动电路及秒脉冲发生器 单次脉冲是由两个与非门组成的RS触发器产生的；秒脉冲发生器是该系统中显示控制部分和控制器的标准时钟信号源，可用晶体振荡或RC振荡电路构成。 如图5所示，当按下K1时，有一个冲输出使74LS164移位计数实现手动控制。K2在自动位置时，由秒冲电路经分频后（4分频），输入给74LS164，这样，74LS164为 每4秒向前移一位（计数1次）。 图5 单次脉冲电路 1Hz标准脉冲：因十字路口每个方向绿、黄、红灯亮时间比例分别为5：1：6，所以，如果选4秒（也可以任意）为一单位时间，则计数器每计数4秒输出一个脉冲。在此设计中，秒脉冲发生器由晶本振荡电路组成，发生器发出的波形经过整形，分频获得1HZ的秒脉冲。电路图如下： 图6 秒脉冲电路 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。由波形图可知，计数器每工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环型12进制计数器。扭环型计数器的状态表如图4所示，根据状态表，列出东西方向和南北方向绿，黄，红灯的逻辑表达试： ? 南北方向 东西方向 红 黄 绿 图4 扭环型计数器的状态表 图7计数器电路 显示控制部分 显示控制部分，实际是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减肥，直到计数器为“0”而停止。译码显示可用法74LS168BCD码七段译码器，显示器用LC5011—11共阴极LED显示器，计数器采用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS193等。 此设计采用74LS168以减法计数方式工作，当南北方向绿灯亮，而东西方向红亮时，从数字“24”开始往下减，当减到“0”时，南北方向绿灯灭，红灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。由于东西方向红灯灭信号（EWB=0）,使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮，使另一方向――东西方向减法计数器开始工作。在减法计数开始之前，由黄灯信号使减法计数器先置入数据，图中接入和的信号就是由黄灯亮（为高电平）时，置入数据。黄灯灭（Y=0）而红灯亮（R＝1）开始减计数。电路图如下： 图8数字显示部分 汽车模拟运行控制部分 此部分为电路扩展部分，可用LED发光二极管模拟汽车行驶电路当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字街口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LE