交通灯控制电路原理及其设计

目录一、设计目的及意义..........................................................................2二、设计方案原理与分析..................................................................21、分析系统的逻辑功能及其框图................................................22、交通灯控制器的工作流程.......................................................33、总体设计思路..........................................................................4三、模块说明.....................................................................................41、秒脉冲发生器..........................................................................52、定时器.....................................................................................53、控制器.....................................................................................64、译码电路.................................................................................8四、总系统电路图..............................................................................8五、主要元件管脚及其功能介绍.......................................................91、555芯片..................................................................................92、74LS163..................................................................................103、74LS153..................................................................................114、74LS74....................................................................................115、74LS00....................................................................................126、7段数码管..............................................................................12六、心得体会及分析.........................................................................13七、附录（参考文献）.....................................................................14交通灯控制电路2摘要：交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。本交通灯设计主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路组成。秒脉冲发生器由555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，定时器由74LS163实现，控制器由74LS153四选一数据选择器和74LS74双D触发器组成，译码电路采用74LS48和七段数码管来显示，红黄绿灯显示电路由逻辑组合电路组成。控制器通过ST信号对定时器进行控制，从而显示红黄绿灯的转换。关键字：交通灯控制器秒脉冲发生器定时器译码器一、设计目的及意义交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。交通灯的颜色有红、黄、绿三种，当红灯亮时，表示该方向道路上的车辆或行人禁止通行；黄灯亮时，表示该方向道路上的行人禁止通行以及未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮时，表示该方向道路上的车辆或行人允许通行；交通灯控制电路自动控制十字交叉路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，有序的指挥各种车辆和行人安全通行。二、设计方案原理与分析1、分析系统的逻辑功能及其框图交通灯控制系统的原理框图如图所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲信号发生器是系统中定时器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。交通灯控制电路3图中的TL：表示主干道或支干道绿灯亮时的时间为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。在设定的时间内，TL=0，设定的时间到，TL=1。TY：表示黄灯亮的时间为5秒，在设定的时间内TY=0，设定的时间到，TY=1。ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出的状态转换信号。由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。2、交通灯控制器的工作流程定时控制就是定时器按要求设置，并发出的时间起始和终了信号来进行控制，下面为其具体工作流程：①主干道绿灯亮时，支干道红灯亮。（Z0状态）此时主干道上的车辆允许通行，支干道禁止通行。绿灯亮足规定时间TL后，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。②主干道黄灯亮时，支干道红灯亮。（Z1状态）此时支干道上的车辆禁止通行，主干道上已过停车线的车辆允许通行，未过停车线的车辆禁止通行。黄灯亮足规定时间TY后，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。③主干道红灯亮时，支干道绿灯亮。（Z2状态）支干道上的车辆允许通行，主干道禁止通行。绿灯亮足规定时间TL后，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。④主干道红灯亮时，支干道黄灯亮。（Z3状态）此时主干道上的车辆禁止通行，支干道上已过停车线的车辆允许通行，未过停车线的车辆禁止通行。黄灯亮足规定时间TY后，控制器发出状态转换信号ST，转到第⑴种工作状态。由控制器对这四种状态的编码为00、01、11、10，并用Z0、Z1、Z2、Z3表示这四种状态，则控制器的工作状态如下表：交通灯控制电路4为了简便起见，将主干道和支干道上的红、黄、绿三色灯的控制信号分为灯的代号和灯的驱动信号。把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，记为：AG=1：主干道绿灯亮；BG=1：支干道绿灯亮；AY=1：主干道黄灯亮；BY=1：支干道黄灯亮；AR=1：主干道红灯亮；BR=1：支干道红灯亮；则可以表示出整个电路的工作状态流程图：设控制器的初始状态为Z0，当Z0的持续时间小于25秒时，TL=0,控制器保持Z0状态不变。只有当Z0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST，并转换到下一个状态Z1。当Z1持续时间小于5秒时，TY=0，控制器保持Z1状态不变；当Z1持续状态等于5秒时，TY=1，控制器发出状态转换信号ST，并转换到下一个状态Z2。依次类推，将实现这四种状态的转换无限循环。3、总体设计思路整个电路图设计主要是由秒脉冲发生器、定时器、控制器和译码电路四个部分组成。其中秒脉冲发生器是由555多谐振荡器产生的脉冲信号，定时器是由74LS163实现的，控制器是由74LS74完成，译码器是由组合逻辑实现。总的控制电路是由74LS153产生的状态转换信号控制定时器来实现红、黄、绿灯的转换功能。三、模块说明交通灯控制电路51、秒脉冲发生器由555多谐振荡器构成，其参数为：则其振荡周期为：周期近似为1s,构成了秒脉冲发生器。2、定时器定时器由系统秒脉冲和同步计数器构成，计数器在状态转换信号ST作用下首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行加1计数，向控制器提供5秒的黄灯定时信号TY和25秒的红灯或绿灯定时信号TLU174LS163DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD2~CLR1CLK9GND8VCC16U374LS48DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U5ABCDEFGCKVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VU274LS163DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD2~CLR1CLK9GND8VCC16U474LS48DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U6ABCDEFGCKU10A74LS00D&U10C74LS00D&U10B74LS00D&V1100Hz5V外接控制信号由两片74LS163构成，首先将单片的74LS163由16进制计数器转换为十进制计数器，即取反馈信号输入到置位LOAD端，同时令即将A、B、C、D端都接地。同时将两片74LS163进行串行扩展，即将低位片的信号输入到高位片的使能端，实现每当低位片计数到1001时，产生一个进s071.127.0T21CRRFCkRR10,51121A2555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR351kΩC30.01µFC410µFVCC5VR451kΩ0000DDDD012303QQ0131QQ交通灯控制电路6位信号，使高位片进行加1计数，完成了将16进制转换为十进制计数功能。实现了下列状态转换：：在计数器的输出端取状态转换信号TL、TY。即实现当绿灯或红灯亮够25秒后，TL=1发出状态转换信号，进入下一个状态；黄灯亮够5秒后TY=1,进入下一个状态。3、控制器根据交通灯的工作状态流程图，可以列出控制器的状态转换表如下：根据状态转换表，推出状态方程和转换信号方程：将74LS74双D触发器初始状态值加到74LS153数据端作为地址信号即可实现控制功能。则对74LS153数据输入端有：对于：212112QTYQQTL、0123QQQQ10101010nnnnnnnLLQQQTQQQQT11101010nnnnnnnYYQQQTQQQQT10101010nnnnnnnnTLYLYSQQTQQTQQTQQTnnQQ01、10101010nnnnnnnLLQQQTQQQQT交通灯控制电路7令：即可实现对于：令：对于：令：控制电路图：LLTDDDTD3210,0,1,1,,,03210DTDTDDYY10101010nnnnnnnnTLYLYSQQTQQTQQTQQTLYYLTDTDTDTD3210,,,U774LS153D2Y92C0102C1112C2122C313A14B2~1G11Y71C061C151C241C33~2G15GND8VCC16U974LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4GND7~2Q82Q9~2PR102CLK112D12~2CLR13VCC14VCC5VVCC5VVCC5VU1