数电试验交通灯控制电路的设计

1一、方案论证首先分析我们要设计的这个交通灯控制电路的功能有以下几点：1、可以控制主干道与支干道的信号灯的明暗，2、可以对主干道与支干道的信号灯亮的时间进行倒数计时。因此我们可以知道此电路应包含振荡电路、计数器电路、译码显示、主控制电路和信号灯译码驱动器等五个部分，并分析其原理图如图1所示。时钟信号时钟信号图1交通灯控制电路对红绿灯时段分别倒数计时，运用红绿灯变化时的高低电平对74LS192D芯片进行置数，使之能分别进行35S、30S、5S倒数计时，再通过74LS160N芯片的输出端进行各种逻辑组合运算控制红黄绿三种灯的亮灭，通过555定时器提供的脉冲信号控制黄灯的闪烁。此方案与方案一相比更易操作，用到的逻辑运算器件也比方案一要少，现实应用时可用性好，性价比较高。二、电路设计1、振荡电路脉冲信号源选用555定时器产生，频率为1Hz,其各项数据为R1=4.7KΩ，R2=5.7KΩ，C1=1mF,C2=10nF,其电路图如图2所示。振荡电路译码显示计数器电路主控制电路信号灯译码驱动器2U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R14.7kΩR25.7kΩVCC5VC11mFC210nF32VCC01图2振荡电路2、计数器电路电路工作循环周期为70S，，主干道红灯为35S，绿灯为30S，次干道上红灯35S，绿灯30S，黄灯5S，本设计我选用了74LS192D和74LS160N，74LS192D芯片具有倒数计时清零置数功能，用来进行倒数计时，74LS160N是加法计数器用来进行同步计数来控制信号灯的亮灭。计时器电路分两部分，倒数计时部分和加法计时部分。倒数计时部分电路如图3所示，加法计时部分电路如图4所示。U274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U374LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14VCC5VVCC5V40VCC32VCC013图3倒数计时器电路U1374160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5V0VCC图4加法计时器电路3、译码显示此部分电路的作用是将倒数计数器电路中的数值通过数码显示管显示出来便于人们可以直接观察，此电路通过555定时器输入脉冲信号到74LS192D芯片再接数码显示管，使数值以倒数计时方式显示出来。其电路图如图5所示。U274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U374LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U4DCD_HEXU5DCD_HEXVCC5VVCC5V0VCC16VCC06789101112131412U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R185kΩR2100kΩVCC5VC11uFC210nF2019VCC0183图5译码显示电路4、主控制电路主控制电路主要是74LS192D芯片输出的信号到数码显示管，每次计时完成4后此输出信号通过基本逻辑运算对74LS192D和74LS160N芯片进行重新置数使得整个交通灯控制系统能循环的进行下去。其电路图如图6所示。U274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U374LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U4DCD_HEXU5DCD_HEXVCC5VVCC5VVCC5VU1374160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U8A7433NU8B7433NU12A7403NU26A7404NU26B7404NU6A7432NU6B7432NU6C7432NU6D7432NU27B7432N210VCC20181615141312111098765432VCC0117VCC019图6主控制电路5、信号灯译码器电路此部分电路是为了将计数器输出的信号转变为红黄绿三种颜色的灯变化所需的信号，通过计数器74LS160N输出的信号进行基本逻辑运算控制红灯和绿灯的亮灭，黄灯的闪烁则是通过74LS160N输出地信号和555定时器所产生的脉冲信号进行逻辑运算实现的。其电路图如图7所示。5U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R185kΩR2100kΩVCC5VVCC5VC11uFC210nFU1374160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U26C7404NU26D7404NU22TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU23TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU7A7408JU7B7408JU7C7408JU7D7408JU9A7408JU9B7408J56555453525149502726VCC0254446VCC028图7信号灯译码器驱动电路四、性能的测试在Multisim10.0环境下对电路进行了测试，测试效果如图8到图11所示四种状态。由于74LS192D芯片可以进行倒数计时，74LS160N芯片的输入端全部接地，故信号灯的输入信号是由这两种芯片的信号以及555定时器所产生的脉冲信号进行各种逻辑运算得到的，总共可得到以下几种结果：1、前35S内主干道绿灯亮，支干道红灯亮，见图8；2、中间5S主干道黄灯闪烁，支干道红灯亮，见图9；3、后30S内主干道红灯亮，支干道红灯亮，见图10；4、最后5S主干道红灯亮，支干道黄灯闪烁，见图11；6U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R185kΩR2100kΩVCC5VC11uFC210nFU274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U374LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U4DCD_HEXU5DCD_HEXVCC5V1330VCC120VCC5VU1374160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VVCCVCC5678U8A7433N141591011121718U12A7403N192036U26A7404N35160VCC037U22TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU23TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU6A7432NU6B7432NU6C7432NU6D7432NU27B7432NU8B7433NU26B7404NU26C7404NU26D7404NU7A7408J22U7B7408J24U7C7408J2125U7D7408J2326U9A7408J3031U9B7408J27428图8主干道绿灯亮支干道红灯亮U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R15kΩR25kΩVCC5VC11uFC210nFU274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U374LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U4DCD_HEXU5DCD_HEXVCC5V1330VCC120VCC5VU1374160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VVCCVCC5678U8A7433N141591011121718U12A7403N192036U26A7404N35160VCC037U22TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU23TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU6A7432NU6B7432NU6C7432NU6D7432NU27B7432NU8B7433NU26B7404NU26C7404NU26D7404NU7A7408J22U7B7408J24U7C7408J2125U7D7408J2326U9A7408J3031U9B7408J27428图9主干道黄灯闪烁支干道红灯亮7U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R15kΩR25kΩVCC5VC11uFC210nFU274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U374LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U4DCD_HEXU5DCD_HEXVCC5V1330VCC120VCC5VU1374160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VVCCVCC5678U8A7433N141591011121718U12A7403N192036U26A7404N35160VCC037U22TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU23TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU6A7432NU6B7432NU6C7432NU6D7432NU27B7432NU8B7433NU26B7404NU26C7404NU26D7404NU7A7408J22U7B7408J24U7C7408J2125U7D7408J2326U9A7408J3031U9B7408J27428图10主干道红灯亮支干道绿灯亮U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R15kΩR25kΩVCC5VC11uFC210nFU274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U374LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U4DCD_HEXU5DCD_HEXVCC5V1330VCC120VCC5VU1374160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VVCCVCC5678U8A7433N141591011121718U12A7403N192036U26A7404N35160VCC037U22TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU23TRAFFIC_LIGHT_SINGLEU6A7432NU6B7432NU6C7432NU6D7432NU27B7432NU8B7433NU26B7404NU26C7404NU26D7404NU7A7408J22U7B7408J24U7C7408J2125U7D7408J2326U9A7408J3031U9B7408J27428图10主干道红灯亮支干道黄灯闪烁8五、结论电路经过Multisim10.0的测试，倒计时以及信号灯变化等功能均可实现，只要开始接通电路，电路便可自动运行，主干道先倒计时35S且绿灯亮，支干道倒计时35S且红灯亮，然后主干道黄灯闪烁5S支干道红灯不变，接着支干道倒计时30S且绿灯亮，同时主干道倒计时30S且红灯亮，最后支干道黄灯闪烁5S且主干道红灯不变。所有预设功能均可实现。六、性价比本次设计所用的为电阻2个，数码显示管2个，74LS192D芯片2片，7