【正文】 器 74390 74HC390計數(shù)器 雙 2— 4譯碼器 74139 74HC390計數(shù)器 74LS283全加器 第 2 章 相關電路的設計 3 第 2 章 相關電路的設計 時序脈沖產(chǎn)生和分頻電 路 時鐘電路是數(shù)字系統(tǒng)不可缺少的一個重要組成部分，因為數(shù)字電路只有在時鐘電路的驅動下才可正常工作。反之 , 在 CP 時鐘上升沿減 1 計數(shù) . 除了四個 Q 輸出外 ,還有一個進位 /錯位輸出 BOCO 寄存電路 :：主要用于記錄和控制十字路口交通燈的工作狀態(tài)，它產(chǎn)生控制信號，通過狀態(tài)譯碼器譯碼后，分別點亮相應的信號燈； =脈沖發(fā)生器產(chǎn)生該系統(tǒng)的時基脈沖信號，通過減法計數(shù)器對秒脈沖減記數(shù)，實現(xiàn)控制每一秒鐘做狀態(tài)持續(xù)時間的目的 ； 減記數(shù)到零時，產(chǎn)生回零脈沖使狀態(tài)控制器完成狀態(tài)轉譯碼。完成此項功能的電路稱為編碼器。 （ 2） CD4511編碼器 在各種數(shù)字控制系統(tǒng)所處理的數(shù)據(jù)都是二進制代碼的，而我們實際生活中總是習慣于十進制數(shù)。 NE555 芯片有單穩(wěn)態(tài)電路功能，可發(fā)生 T=*(R1+2*R2)*C其輸出信號的周期為 1 秒。這樣周而復始完成交通的顯示過程。假定當前狀態(tài)如綠燈亮，運行結果分析如下：狀態(tài)控制器輸出接入四選一譯碼器，選中綠燈 1 所對應的數(shù)碼管，此時四位減法計數(shù)器輸出結果送入綠燈 1對應的數(shù)碼管，顯示綠燈計時的時間，其他數(shù)碼管（黃燈 綠燈 2和黃燈 2均不亮），而紅燈 2同時也被選中，開始顯示當前的紅燈 2時間，紅燈 2的時間為綠燈 1和黃燈 1計時之和。綠燈亮時，紅燈 顯示值為綠燈的值加黃燈預置值加 1，黃燈亮時，紅燈顯示數(shù)據(jù)和黃燈同步。當前狀態(tài)計時結束后，計數(shù)器置入下 一個狀態(tài)計數(shù)值并計數(shù)，循環(huán)往復。圖中的狀態(tài)控制器由二位加法器實現(xiàn)， 2位加法器輸出 00～ 11對應紅綠燈的 4個狀態(tài)，綠燈 黃燈 綠燈 黃燈 2。（狀態(tài) 0~狀態(tài) 3）。交通燈電路的具體運行狀態(tài)框圖如圖 1所示： 電路工作總體框圖 交通燈控制電路主要由以下幾部分構成，如附錄圖 1 所示，分別為時序脈沖產(chǎn)生和分頻電路、綠燈計時電路、綠黃燈初 值預置電路、狀態(tài)控制電路、紅燈計時器、顯示電路等部分構成。交通燈的運行狀態(tài)共有四種，分別為：東西方向綠燈亮、東西方向黃燈亮、南北方向綠燈亮和南北方向黃燈亮。每個方向的綠黃燈的定時時間可 以預設，一個方向綠燈、黃燈亮時，另一個方向紅燈亮。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結合城鄉(xiāng)交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設計方案。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃 部門亟待解決的主要問題。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文（設計 ） 論文題目： 交通燈控制電路的設計 姓 名： 專 業(yè)： 生產(chǎn)過程自動化 指導教師： 提交日期： 2021年 4月 交通燈控制電路的設計 摘要 :隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。 隨著城市機動車量的不斷增加，許多大 城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自 80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。為此，筆者進行了深入的研究，以下就城鄉(xiāng)交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設計計算和實驗調試等問題來進行具體分析討論。 關鍵字 ：交通控制 , 交通燈 , 譯碼 器 , 計數(shù)器 , 控制器 目錄 第 1 章 道路交通燈的總體設計 ?????????????????????? 1 設計 電路總體框圖 和 要求 ? ????????????????????? 1 所需相關器材 介紹及環(huán)節(jié)原理 ???????????????????? 2 第 2 章 相關電路的設計 ?????????? ?????????????? 3 時序脈沖產(chǎn)生和分頻電路 ????? ???????????????? 3 倒計時計數(shù)電路計 ????????????? ?? ????????? 3 初值預置電路 ?????????????????????????? 5 狀態(tài)控制電路 ??????????????????????????? 5 紅燈數(shù)值控制電路 ????????????????????????? 6 數(shù)碼顯示電路 ??????????????????????????? 7 論證方案 ???????????????????????????? ? 8 設計心得 ??????????????????????? ?????? 8 附 錄 ??????????????????????????????????? 9 參考文獻 ????????????????????????????????? 10 致謝 ??????????????????????????????????? 11 第 1 章 道路交通燈的設體設計 1 第 1 章 道路交通燈的總體設 計 設計 電路總體框圖 和要 求 本文主要設計一個東西方向和南北方向十字路口的交通燈控制電路，要求每個方向有三盞燈，分別為紅、黃、綠，配以紅、黃、綠三組時間到計時顯示。每盞燈順序點亮，循環(huán)往復，每個方向順序為綠燈、黃燈、紅燈。在東西方向綠燈和黃燈亮時，南北方向紅燈亮，并且紅燈的亮時間倒計初始值為綠燈的倒計初始值和黃燈的倒計初始值之和。狀態(tài)控制器是系統(tǒng)的核心部分，由它決定交通燈處于哪一個運行狀態(tài)。從而使相應的交通燈點亮，并決定下一個狀態(tài)的預置電路該預置的綠燈或黃燈的預置值。當一個狀態(tài)計時時，數(shù)據(jù)選擇下一個狀態(tài)的預置值。綠燈 1和黃燈 1亮時紅燈 2亮，綠燈 2和黃燈 第 1 章 道路交通燈的設體設計 2 亮時紅燈 1 亮。 其他單元在狀態(tài)控制器的狀態(tài)控制下有序的完成計時和計時轉換。當計時遞減到 0 時，狀態(tài)控制器的狀態(tài)進入下一個狀態(tài)，同時四位減法計數(shù)器置入黃燈 1預置的 時間，開始對黃燈計時進行遞減，此時紅燈 2 的時間僅為黃燈1 的時間，當黃燈 1 遞減到 0 ，狀態(tài)控制器又進入綠燈 2亮的時間，分析過程與上面類似。 所需相關器材 （ 1） 選用 CD4060計數(shù)器來得到一個時鐘脈沖或用 555秒信號產(chǎn)生器 由 555 秒信號產(chǎn)生器的電路是利用 555 定時器組成的秒信號發(fā)生器。本電路輸出脈沖的周期為方波信號，可適當?shù)倪x擇電阻、電容，使其輸出信號的 周期為 1 秒。因此需用要把十進制代碼轉達換為二進制代碼，或用二進制代碼組成二一十進制代碼。 CD4510 具有復位 CR,置數(shù)控制 LD,并行數(shù)據(jù) D0～ D3,加減控制 U/D ,時鐘 CP 和進位 CI 等輸入 .CR 為高電平時 ,計數(shù)器清零 .當 LD 為高電平時 ,D0～ D3 上的數(shù)據(jù)置入計數(shù)器中 ,CI 控制計數(shù)器的計數(shù)操作 ,CI=0 時 ,允許計數(shù) .此時 ,若 U/D 為高電平 ,在 CP 時鐘上升沿計數(shù)器加 1計數(shù) 。 顯示紅燈閃爍控制置數(shù)控制狀態(tài)控制器 交通燈定時控制 顯示系統(tǒng)同時狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)的下 一個工作狀態(tài)決定計數(shù)器下一次減計數(shù)的初始值；減計數(shù)的狀態(tài)經(jīng) BCD 譯碼器譯碼后，由數(shù)碼管顯示。根據(jù)應用場合的不同，不同數(shù)字電路選擇使用不同類型的時鐘發(fā)生器。 本設計通過 CD4060計數(shù)器產(chǎn)生的是 2Hz的時鐘脈沖，不符合系統(tǒng)要求的 1Hz時針脈沖，所以需要一個分頻電路，即把 CD4060所產(chǎn)生的信號進行 2分頻。本文選用 74HC390 計數(shù)器來實現(xiàn)， 74HC390 是一個雙二 五 十進制加法計數(shù)器，其引腳接法及功能如下所示： ① 每個集成塊中由 2組計數(shù)器，每組計數(shù)器由兩個計 數(shù)器組成，共有 4個計數(shù)器。它們可以單獨計數(shù)，但清零時同時清零。 QA， QB， QC， QD為計數(shù)輸出。 A為時鐘脈沖的輸入， QA， QB， QC， QD為輸出， QD是最高位；五進制計數(shù)器的輸出 QD接上二進制計數(shù)器時鐘脈沖輸入 A，則構成 5421BCD碼十進制的計數(shù)器， B為時鐘脈沖的輸入， QA， QB， QC， QD為輸出， QA是最高位。 在本電路中，將 clka與 CD4060脈沖發(fā)生器的時鐘輸出相連， Qa即為 1Hz時鐘輸出。 倒計時計數(shù)電路 倒計時計數(shù)電路主要由計數(shù)器構成，它在整個系統(tǒng)設計中的作用是實現(xiàn)計時計數(shù)，在此我們選用減法計數(shù)器，因為本設計說明計時時間可預設，所以需要可預置數(shù)的計數(shù)器，結合以上要求，本系統(tǒng)采用 4516。第 2 章 相關電路的設計 4 其電路原理圖如圖 4所示。 ② LD為異步數(shù)據(jù)預置控制端，當 LD高電平， D0D3上的數(shù)據(jù)置入計數(shù)器中。 ④ U/D 為加 /減計數(shù)控制端， U/D 為高電平時，在案 CP時鐘上升沿計數(shù)器 加 1 計數(shù)；反之，在 CP時鐘上升沿減 1計數(shù)。 ⑥ C/B 為進位 /借位輸出，在減法計數(shù)時，當 Q0Q3 輸出 “0000” 時為低電平；在加法計數(shù)時，當 Q0Q3輸出 “1111” 時為低電平，其余輸出高電平第 2 章 相關電路的設計 5 初值預置電路 考慮到控制信號與輸入變量的關系，需要用一個數(shù)據(jù)選擇端，同時由于數(shù)據(jù)是由四位二進制數(shù)所組成，所以共選用兩個雙 4選 1數(shù)據(jù)選擇器 74153。此部分采用 74LS153芯片、輸 入與非門 74LS00以及加法器 74390構成，其電路原理圖見圖 4和圖 5。 其中 C0C3為數(shù)據(jù)輸入端， Y為輸出端， A、 B稱為地址輸入端。輸出狀態(tài)與輸入數(shù)據(jù)無關。 表 2 74LS153 的真值表 數(shù)據(jù)輸入 數(shù)據(jù)輸出 選通 輸出 B A C0 C1 C2 C3 E Y Χ Χ 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 Χ Χ Χ Χ 0 Χ Χ Χ 1 Χ Χ Χ Χ 0 Χ Χ Χ 1 Χ Χ Χ Χ 0 Χ Χ Χ 1 Χ Χ Χ Χ 0 Χ Χ Χ 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 通過在 C0C3處輸入相應的值， A、 B和 Y之間構成了同或門邏輯，這就是一個邏輯函數(shù)發(fā)生器。 S0狀態(tài)：東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，此時南北方向有車等待通過，而且東西方向綠燈已亮，滿足規(guī)定的時間間隔 9s，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號 ST，輸出 從狀態(tài) S0轉換到 S1。 S2狀態(tài)：南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，若此時南北方向繼續(xù)有車，則繼續(xù)保持此狀態(tài)，但南北方向綠燈亮的時間不得超過 9s時間間隔，否則控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號 ST，使輸出轉換到 S3狀態(tài)。 各狀態(tài) 與信號燈的關系由表 3給出，其中 HG， HY， HR分別表示東西方向綠、黃、紅燈。第 2 章 相關電路的設計 6 表 3 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關系表 狀態(tài) HG HY HR FG FY FR S0（ 00） S1（ 01） S2（ 11） S3（ 10） 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 交通燈以上 4 種工作狀態(tài)的轉換時由控制器進行控制的。其電 路如圖 5所示 74139 集成塊芯片內(nèi)有兩個 24 譯碼器。 E 為使能端，低電平有效。 E=0時， 24譯碼器工作； E=1時，電路被禁止，輸出全部為高電平，輸出狀態(tài)與輸入編碼無關。 紅燈數(shù)值控制電路 設計中使用 74LS283 全加器，它將 A0A1A2A3 和 B0B1B2B3 相加，和由 S0S1S2S3 輸出 ， C1為進位輸出。即東西方向綠燈亮 9s 后，轉