簡(jiǎn)易交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)

1、簡(jiǎn) 易 交通 燈 控 制 邏 輯 電 路設(shè) 計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1 .東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時(shí)間 15s。2 .東西方向與南北方向黃燈亮，時(shí)間 5so3 .南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間 10s o 4.如果發(fā)生緊急事件，可以手動(dòng)控制四個(gè)方向紅燈全亮。 二、方案設(shè)計(jì)與論證根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我們可以知道這個(gè)交通燈的設(shè)計(jì)是分主次干道的，兩個(gè)方面的時(shí)問(wèn)是不同的，東西方向通行15s,南北方向10s,這就要求我們要有兩個(gè)計(jì)數(shù)器，根據(jù)我自 己的經(jīng)驗(yàn)，東西方向通行15s完，倒計(jì)時(shí)數(shù)字顯示器會(huì)顯示到 0,然后切換到南北方向通行 10s完之后，倒計(jì)時(shí)數(shù)字顯示器也會(huì)顯示到 0之后然后切換到東西方

2、向，這樣如此循環(huán)， 這樣的話(huà)我們就要設(shè)計(jì)一個(gè)16進(jìn)制和一個(gè)11進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，根據(jù)我們所學(xué)和知識(shí)，可以用 兩片74192芯片來(lái)構(gòu)成對(duì)應(yīng)進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，由于是15和10之間循環(huán)切換，我們可以用利用 JK觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種進(jìn)制計(jì)數(shù)器之間的切換；當(dāng)然還有每個(gè)方向倒計(jì)時(shí)只有5s時(shí)，黃燈閃，一直到0為止，由于黃燈是當(dāng)兩個(gè)計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到 5時(shí)開(kāi)始閃，我們就可以在 這時(shí)發(fā)出一個(gè)脈沖然后一直保持到 0,或者是接收05這段時(shí)間的脈沖都可以控黃燈只在到 了這段時(shí)間才亮；還有就是一個(gè)緊急開(kāi)關(guān)，我們可以控制在出現(xiàn)緊急情況時(shí)使用清零端使之 清零，并且紅燈直接接到電源，使之一直處于亮的狀態(tài)。方案一：交通燈控制原理圖：

3、圖11）正常運(yùn)行時(shí)首先倒計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)，通過(guò)秒脈沖源給倒計(jì)數(shù)器發(fā)送秒脈沖，倒計(jì)時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，驅(qū)動(dòng)時(shí)間顯示器顯示，并且交通燈也正常運(yùn)行，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)器計(jì)到5s時(shí)，我們當(dāng)然同時(shí)可以在時(shí)間顯示器上看到，這時(shí)倒計(jì)時(shí)器驅(qū)動(dòng)黃燈控制器，使正在亮綠燈方向的黃燈閃爍，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí) 器計(jì)到0時(shí)，驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器，使倒計(jì)時(shí)器預(yù)置為另一個(gè)進(jìn)制，并同時(shí)控制和改變交通 燈的顯示，其實(shí)就是計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器既可以完成進(jìn)制轉(zhuǎn)換， 也同時(shí)充當(dāng)了交通燈的轉(zhuǎn)換功能。 如此往復(fù)循環(huán)。2）緊急情況時(shí)當(dāng)按下緊急開(kāi)關(guān)時(shí)，倒計(jì)時(shí)器一直處于清零狀態(tài)，車(chē)輛通行的交通燈四個(gè)方向的紅燈同 時(shí)亮起。并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復(fù)正常時(shí)通過(guò)緊急開(kāi)關(guān)可以切換哪個(gè)方向先通

4、行。方案二：交通燈控制原理圖：1）正常運(yùn)行時(shí)由555定時(shí)器計(jì)時(shí)，驅(qū)動(dòng)交通燈選擇器控制交通燈的顯示，當(dāng)一個(gè)方向的計(jì)數(shù)完成之后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，給通道選擇器， 然后通道選擇器驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到另一個(gè)進(jìn)制， 由計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器預(yù)置 555定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間，然后再驅(qū)動(dòng)交通燈選擇器控制交通燈的顯 示，如此往復(fù)，其中555定時(shí)器是由電阻和電容來(lái)控制定時(shí)時(shí)間，其中的計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器就 可用一個(gè)數(shù)據(jù)分配器74138來(lái)選擇所需電阻的大小來(lái)控制，通道擇器就可用兩個(gè)JK觸發(fā)器構(gòu)成一個(gè)四進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，其中兩個(gè)輸出端就可以來(lái)作為計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器74138的輸入，并且這兩個(gè)輸出端還可作為交通燈選擇器 74138的輸入。2）

5、緊急情況時(shí)當(dāng)按下緊急開(kāi)關(guān)時(shí)，使交通燈選擇器的使能端為 0,各個(gè)方向的紅燈直接接到電源，這 樣可以使車(chē)輛通行的交通燈四個(gè)方向的紅燈同時(shí)亮起。選擇：通過(guò)這兩個(gè)方案的對(duì)比，由第二個(gè)方案用的是555定時(shí)器來(lái)計(jì)時(shí)，所以無(wú)法顯示倒計(jì)時(shí) 的時(shí)間，并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復(fù)正常時(shí)也不能通過(guò)緊急開(kāi)關(guān)切換哪個(gè)方向先通行。我 覺(jué)得第一個(gè)方案更符合我們的實(shí)際要求，所以我選擇了第一個(gè)方案。三、單元電路設(shè)計(jì)1倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器這里是采用兩片74192 兩片芯片構(gòu)成16 和 11 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制個(gè)位數(shù)字的74192的減計(jì)數(shù)控制端接1HZ的脈沖輸入，其中輸入端A C是接在一起并接在進(jìn)制控制器的輸 出端。其中兩個(gè)74192的置數(shù)端是

6、由控制十位數(shù)字的74192 一個(gè)高位輸出端QD!過(guò)一個(gè) 非門(mén)接過(guò)來(lái)的，并且低位輸入端A 接高電平，控制十位數(shù)字的74192 的減計(jì)數(shù)控制端接控制個(gè)位數(shù)字的74192的借位輸出端BO兩個(gè)74192的清零端都接在緊急開(kāi)關(guān)的一端。如下圖：圖32黃燈控制電路這里是采用數(shù)據(jù)分配器74138，該芯片的輸入端A、 B、 C 分別接倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制個(gè)位數(shù)字的74192的輸出端QA QB QC為了保證是在顯示器只是在顯示 05s時(shí)黃燈亮， 應(yīng)把此74138的使能端G1由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制十位數(shù)字的 74192的輸出端QM由倒計(jì) 時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制個(gè)位數(shù)字的 74192的輸出端QD通過(guò)一個(gè)或門(mén)再經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)接

7、過(guò)去。然 后6輸出端YR Y1、Y2、Y& Y4、Y5都分別經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)然后都接入一個(gè)或門(mén)，那么或門(mén) 的輸出端就是接黃燈的，也即黃燈控制器的輸出端。如下圖：圖43信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路（計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器）信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器其實(shí)就是由計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，即一個(gè)JK觸發(fā)器，其中J、K端都同時(shí)接高電平，即構(gòu)成了一個(gè)T 觸發(fā)器，目的就是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時(shí)鐘輸入端是由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的兩片74192的八個(gè)輸出端經(jīng)過(guò)一個(gè)或門(mén)然后經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)接入。如下圖：圖54交通燈顯示電路一個(gè)方向的紅燈由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端Q 和一個(gè)緊急開(kāi)關(guān)的輸出端經(jīng)過(guò)一個(gè)或門(mén)接入，黃燈是由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端 Q和一個(gè)緊急開(kāi)關(guān)的輸

8、出端經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén) 以及一個(gè)黃燈控制電路的輸出端經(jīng)過(guò)一個(gè)1HZ的脈沖源，這三個(gè)輸出端再經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)接入，綠燈由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端 Q和一個(gè)緊急開(kāi)關(guān)的輸出端經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)，這兩個(gè)輸出端再經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)接入；另一個(gè)方向的紅燈由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端Q和一個(gè)緊急開(kāi)關(guān)的輸出端經(jīng)過(guò)一個(gè)或門(mén)接入，黃燈是由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端Q 和一個(gè)緊急開(kāi)關(guān)的輸出端經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)以及一個(gè)黃燈控制電路的輸出端經(jīng)過(guò)一個(gè)1HZ的脈沖源，這三個(gè)輸出端再經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)接入，綠燈由信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端Q 和一個(gè)緊急開(kāi)關(guān)的輸出端經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)，這兩個(gè)輸出端再經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)接入。其中還加入一人行道的信號(hào)燈，這些燈的接法就是紅燈

9、接在相鄰車(chē)輛信號(hào)燈的綠燈上，綠燈接在相鄰車(chē)輛信號(hào)燈的紅燈上即可，也就是該方向上的車(chē)輛通行，人行道就禁通行，反之，人行道通行。如下圖：5.緊急開(kāi)關(guān)該開(kāi)關(guān)這里用的是單刀雙擲開(kāi)關(guān)，一端就是接入每個(gè)交通燈，直接接紅燈，其它燈是經(jīng) 過(guò)了一個(gè)非門(mén)接入，該端還接入到倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器兩片74192的清零端。另一端是不起作用，其實(shí)也可以用一個(gè)單刀單擲開(kāi)關(guān)， 該開(kāi)關(guān)不僅能夠在發(fā)生緊急事件， 可以手動(dòng)控制四個(gè)方向 紅燈全亮。在處理完緊急事件后，第一次開(kāi)始進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)還可以通過(guò)它控制切換選 擇哪個(gè)方向開(kāi)始先通行。圖7四、總原理圖及元器件清單1 .總原理圖圖82.元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注1PM57711H

10、Z/50%2脈沖發(fā)生器274LS1922計(jì)數(shù)器3CL-51614四輸入紅色數(shù)碼管474LS1121JK觸發(fā)器5CD407828輸入或門(mén)6CD4073B23輸入與門(mén)77HC08N22輸入與門(mén)8CC407132輸入或門(mén)974LS04D10非門(mén)10741381數(shù)據(jù)分配器11LH61RGY1728模擬交通燈五、仿真調(diào)試與分析：1 .在EW瞅件中打開(kāi)設(shè)計(jì)好的仿真電路，點(diǎn)擊開(kāi)啟運(yùn)行，剛開(kāi)始是南北方向綠燈亮，東西 方向紅燈亮；分析：由于倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中控制個(gè)位數(shù)字的 74192的輸入輸入端 A C是同時(shí)接在計(jì)數(shù)進(jìn)制 轉(zhuǎn)換器中的JK觸發(fā)器的正向輸出端Q,而在電路剛啟動(dòng)時(shí)JK觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)為O,所以剛開(kāi) 始是 11

11、 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，控制的就是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。效果如下圖：圖92 5s 過(guò)后數(shù)碼管顯示為05 時(shí)，黃燈就開(kāi)始閃爍，一直閃到數(shù)碼管顯示為00 為止，其中紅綠燈狀態(tài)是不變的；分析：當(dāng)數(shù)碼管顯示為05 時(shí)，說(shuō)明倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器已經(jīng)計(jì)數(shù)到了只有5s 的狀態(tài)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)黃燈控制電路，并不影響其他電路的工作，由于黃燈控制電路是由一個(gè)74138構(gòu)成的，該芯片的輸入端A、 B、 C 分別接倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制個(gè)位數(shù)字的74192 的輸出端QA、 QB、QC， 為了保證是在顯示器只是在顯示05s 時(shí)黃燈亮，應(yīng)把此 74138 的使能端G1 由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的控制十位數(shù)字的 74192的輸出端QA與由倒計(jì)時(shí)

12、計(jì)數(shù)器中的控制個(gè)位數(shù)字的74192的輸出端QD通過(guò)一個(gè)或門(mén)再經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)接過(guò)去，這樣就只有當(dāng)QA為0,并且QD也為0時(shí)才開(kāi)啟此塊芯片。由于74138 的輸出端是低電平有效，所以6 輸出端Y0、 Y1、 Y2、 Y3、Y4、 Y5 都分別經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)然后都接入一個(gè)或門(mén)，那么或門(mén)的輸出端就是接黃燈的。效果如下圖：圖 10圖 113然后切換到東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，10s 過(guò)后開(kāi)始黃燈閃爍，一直閃到數(shù)碼管顯示為00 為止，其中紅綠燈狀態(tài)是不變的；分析：當(dāng)11 進(jìn)制倒計(jì)數(shù)完成之后，到數(shù)碼管顯示為00 時(shí)，就馬上驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器也即信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路，因?yàn)樗褪且粋€(gè)下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器構(gòu)成的，其

13、中J、K端都同時(shí)接高電平，即構(gòu)成了一個(gè)T 觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時(shí)鐘輸入端是由倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器中的兩片 74192的八個(gè)輸出端經(jīng)過(guò)一個(gè)或門(mén)然后經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)接入，在不需要翻轉(zhuǎn)的時(shí)間段里，時(shí)鐘輸入端一直輸入的是低電平，一旦當(dāng)11(15) 進(jìn)制倒計(jì)數(shù)到00 時(shí)，會(huì)使得時(shí)鐘輸入端輸入1,從0 >1,即產(chǎn)生了一個(gè)下降沿，使JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，使得次態(tài)為1,由以上單元電路設(shè)計(jì)中的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器可知，此時(shí)控制個(gè)位數(shù)字的74192 的輸入端A、 C 都為 1，則此時(shí)個(gè)位的二進(jìn)制編碼是0101 即十進(jìn)制的5，并且同時(shí)置數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)制轉(zhuǎn)換，并且在轉(zhuǎn)換的同時(shí)，由交通燈顯示電路的輸入端可知同時(shí)也轉(zhuǎn)換了交通燈的顯示

14、；效果如圖11。4在任何時(shí)候都可以按下緊急開(kāi)關(guān)，一旦按下緊急開(kāi)關(guān)，四個(gè)方向的交通燈只有紅燈全亮，并且同時(shí)數(shù)碼顯示管都顯示為00，當(dāng)需要恢復(fù)正常通行就可以彈開(kāi)緊急開(kāi)關(guān)，就一切顯示都會(huì)恢復(fù)正常，并且我們可以注意到，在按下緊急開(kāi)關(guān)時(shí)如果是東西方向通行的話(huà)，彈開(kāi)緊急開(kāi)關(guān)后，是首先恢復(fù)南北方向通行，反之，是首先恢復(fù)東西方向通行；分析： 由以上單元電路設(shè)計(jì)中緊急開(kāi)關(guān)交通燈顯示電路的設(shè)計(jì)可知，當(dāng)按下緊急開(kāi)關(guān)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器一直處于清零狀態(tài)，所以顯示00；并且緊急開(kāi)關(guān)的有效端就是直接接到了紅燈，其它燈是通過(guò)了一個(gè)非門(mén)才接入，所以只有紅燈亮；由于在按下緊急開(kāi)關(guān)時(shí)，信號(hào)燈轉(zhuǎn)換電路也即計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器中的JK 觸發(fā)器保持了按下緊急開(kāi)關(guān)之前的次態(tài)，當(dāng)彈開(kāi)緊急開(kāi)關(guān)時(shí)，由于倒計(jì)時(shí)器是處于00 狀態(tài)，這時(shí)就會(huì)給計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器一個(gè)下降沿，使得JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，如果原來(lái)是1,現(xiàn)在就是0,反之，現(xiàn)在就為1,這樣就可以通過(guò)緊急開(kāi)關(guān)來(lái)控制恢復(fù)通行的第一次是哪個(gè)方