交通灯逻辑控制电路设计

交通灯控制逻辑电路设计数字电路课程设计主讲：陈建一、简述为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，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。交通灯控制器的系统框图图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG,东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。二、设计任务和要求设计一个十字路口交通信号灯控制器，其基本要求如下：1．满足如图2顺序工作流程。东西和南北两个方向的工作方式是并行进行的。2．满足如图3所示工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。3．十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间：每秒加1计数方式。基本要求1.工作流程：基本要求2.工作时序：基本要求3.十字路口要有数字显示置显示器初值为0，当某方向绿灯亮时，以每秒加1计数方式工作；当该方向绿灯灭黄灯亮起时，显示器记到5t，每秒继续加1计数；直至黄灯灭红灯亮起，显示器加到6t，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。可设t=2,3,……实现过程1．使用秒脉冲，实现两组RYG灯的正确控制2．使用秒脉冲，实现一组数码管的正确显示3．555生成秒脉冲，实现两组RYG灯和数码管的正确显示4.改进功能*：利用161和组合逻辑实现数码管倒计时功能。扩展功能*(1)灯的转换可以手动调整，夜间为黄灯闪烁。(2)每组数码管能显示该方向不同颜色的灯的显示时间。如t=3时，东西方向绿灯亮时计数范围为0~15，黄灯亮时计数范围为0~3，红灯亮时计数范围为0~18；南北方向类似。(3)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，而过了十字路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LED发光二极管就开始移位(表示这一方向的车辆行驶)。三、可以使用的器件74LS164（8位移位寄存器）74LS161（4位二进制加法计数器）74LS74(双D触发器)74LS04（六反相器）74LS00（2输入端四与非门）74LS08（2输入四与门）CC4511（显示译码器）LED（共阴极）555定时器若干电阻、电容四、设计方案提示1．秒脉冲和分频器2．交通灯控制器3．显示控制部分四、设计方案提示1．秒脉冲和分频器因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5：1：6，所以，若选4秒(也可以3秒)为—单位时间，则计数器每计4秒输出—个脉冲。秒脉冲用555定时器构成的多谐振荡器实现，并通过触发器分频实现4秒（或其它规定时间）的单位时间。提示：先用实验箱上的秒脉冲，再用555实现四、设计方案提示2．交通灯控制器由波形图可知，计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。提示：选用中规模74LSl64八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。四、设计方案提示3．显示控制部分显示控制部分，实际是—个定时控制电路。当绿灯亮时，使加法计数器开始工作，每来一个秒脉冲，使计数器加1，直到计数器红灯亮而停止。提示：译码显示可用七段译码器CC4511，显示器用LED，计数器采用74LSl61。五、注意事项（1）插接集成器件时，使器件的缺口端朝左方，先对准插孔的位置，然后用力将其插牢，防止集成器件管脚折断或弯曲。布线前先检查芯片功能。（2）布线时，注意导线不要太长，最好贴近底板并在集成器件的周围走线，切记导线跨越集成器件的上空，杂乱的在空中搭成网状。数字电路的布线应整齐美观，这样既提高电路的可靠性，又便于检查排除故障或更换器件。（3）导线的连接顺序：先接固定电平端，如电源正极—红线，地线—黑色导线，门电路的多余输入端及电平固定的某些输入端（如触发器的控制端JK端等），然后按照电路中信号的流向顺序对所划分的单元电路逐一步线、调试，最后将各单元连接起来。建议：按照连线图，一人连线，一人作记录。六、准备工作1．查阅有关资料，了解74LS164、74LS74、74LS161、74LS00、74LS04、74LS08、CC4511、555等芯片的功能和管脚排列图。2．按照给定的芯片，设计出交通灯控制器各模块电路图和总电路图。其中要求时标电路的输出信号频率为1Hz。进行实验时必须携带完整电路图（原理图和连线图）。3．预先使用Multisim仿真设计*（原理图）。七、总结报告要求：福州大学实验报告纸，手写，电路图可打印1．报告名称2．内容摘要（300字）3．设计内容及要求4．方案比较，画出系统框图，确定使用的方案。5．单元电路设计、参数计算和器件的选择（含器件功能表）并说明单元电路工作原理。6．画出完整电路图（可附Multisim原理图）七、总结报告7．安装调试内容，包括：（1）使用的主要仪器和仪表；（2）调试电路的方法和技巧；（3）测试的数据和波形，并与计算结果比较分析；（4）调试中出现的故障、原因及排除方法。8．总结设计电路的特点和方案的优缺点,提出进一步的改进意见和未来的发展。9．列出所用的元器件10．列出参考文献