交通灯控制电路设计与制作

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书0目录摘要.......................................................................I1方案设计与选择......................................................................................................................11.1方案一原理设计.................................................................................................................11.2方案二原理设计.................................................................................................................22单元电路设计..........................................................................................................................42.1秒脉冲信号发生器............................................................................................................42.2五进制计数器....................................................................................................................52.3移位寄存器........................................................................................................................72.3信号灯控制......................................................................................................................132.3.1红灯信号控制.......................................................................................................132.3.2绿灯信号控制.......................................................................................................132.3.3黄灯信号控制.......................................................................................................133元器件清单............................................................................................................................144制作及调试............................................................................................................................154.1制作..................................................................................................................................154.2调试..................................................................................................................................154.3调试过程中发现的问题及解决......................................................................................16结束语....................................................................17参考文献..................................................................18武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-1-交通灯控制电路设计与制作1方案设计与选择要求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，黄灯先亮5秒，才能变换运行车道，黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。根据要求要用到1Hz时钟脉冲源，可用555定时器来实现，还要用到计数器，逻辑门等器件来实现。1.1方案一原理设计交通灯控制原理图1如下图1-1所示：图1-1交通灯控制原理图1首先用NE555定时器产生1Hz脉冲作为时钟脉冲信号源，用74LS161构成五进制计数器，每五秒自动清零，同时给74LS164移位寄存器一个脉冲信号，使寄存器移位，然后通过74LS164移位寄存器分别实现5秒，20秒，25秒的循环控制，分别使对应的黄灯，绿灯，红灯亮。最后用黄灯信号和秒冲信号源进行与逻辑运算，使得黄灯能够每秒闪烁一次。555定时器计数器实现五进制移位寄存器甲车道信号灯乙车道信号灯武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-2-交通灯控制电路图1如下图1-2所示：图1-2交通灯控制电路图11.2方案二原理设计交通灯控制原理图2如下图1-3所示：图1-3交通灯控制原理图2秒脉冲发生器控制器译码器信号灯0.2Hz1Hz武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-3-用两片NE555定时器分别产生0.2Hz和1Hz的脉冲信号，0.2Hz的信号给74LS161计数器，实现5秒触发一次，74LS161构成十进制循环计数，然后接7442四线-十线译码器对计数器的信号进行译码，信号通过非门，与非门的组合后接到适当的交通灯上。1Hz的脉冲信号与黄灯信号逻辑与，实现每秒闪烁一次。交通灯控制电路图2如下图1-4所示：图1-4交通灯控制电路图2现在选择第一种方案来实现交通灯控制电路。武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-4-2单元电路设计2.1秒脉冲信号发生器时钟信号产生电路主要由NE555定时器组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生一定的“0”、“1”信号，电路图如下图2-1所示：图2-1秒脉冲发生电路所以时间周期就是：T=)2(7.021RRC=1sCRVVCRtCCCCW2227.0310320lnCRRVVVVCRRtCCCCCCCCW)(7.03231ln)(21211(2-1)(2-2)武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-5-图2-2NE555管脚图2.2五进制计数器要实现五进制计数，用74LS161四位二进制同步加法计数器，该计数器能同步并行预置数据，具有清零置数，计数和保持功能，具有进位输出端，可以串接计数器使用。它的管脚排列如图2-3所示：图2-374LS161管脚图管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0~P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0~Q3以及进位输出TC.(TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-6-下图为74LS161的功能表：表2-174LS161功能表从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。所以可以利用一片74LS161实现五进制加计数，将CR=LD=EP=ET=“1”，D3,D2,D1,D0接地，二进制的五为（0101），故将Q2,Q0连到同一与非门后接CR清零端，每五个脉冲清一次零，实现五进制加计数器。武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-7-电路连接图如下图所示：图2-4五进制计数器电路图2.3移位寄存器74LS164为8位移位寄存器，当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QH）均为低电平。串行数据输入端（A，B）可控制数据。当A、B任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0为低电平。当A、B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK上升沿作用下决定Q0的状态。武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-8-引出端符号CLOCK时钟输入端CLEAR同步清除输入端（低电平有效）A，B串行数据输入端QA－QH输出端逻辑及封装图图2-574LS164封装图图2-674LS164逻辑图武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-9-74LS164管脚图图2-774LS164管脚图真值表表2-274LS164真值表H－高电平L－低电平X－任意电平↑－低到高电平跳变QA0,QB0,QH0－规定的稳态条件建立前的电平QAn,QGn－时钟最近的↑前的电平极限值电源电压：7V输入电压：5.5V工作环境温度74164：-0～70℃储存温度：-65℃～150武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-10-时序图图2-874LS164时序图武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-11-表2-3推荐工作条件推荐工作条件:54/74164单位最小额定最大电源电压VCC544.555.5V744.7555.25输入高电平电压ViH2V输入低电平电压ViL0.8V输出高电平电流IOH-400uA输出低电平电流IOL8mA时钟频率fCP025MHz脉冲宽度TWCLOCK，CLEAR20ns建立时间tset25ns保持时间tH5ns武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-12-采用74LS164八位移位寄存器可以实现对黄灯5秒的控制，绿灯20秒的控制和红灯25秒的控制。用74LS161的清零信号作为74LS164的触发信号，用10脚即Qe来控制串行输入的信号，其局部电路图如下：图2-974LS164连接电路图武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书-13-2.3信号灯控制2.3.1红灯信号控制南北向的红灯直接与Qe相连，则东西向的红灯正好相反，先将Qe取非，然后接东西向红灯。2.3.2绿灯信号控制东西向的绿灯信号通过Qe，Qd相与获得，南北向的绿灯信号则要Qe，Qd先分别取非，然后再相与获得。2.3.3黄灯信号控制黄灯信号的获得比绿灯，红灯稍复杂，东西向的黄灯信号通过Qd取