交通燈控制電路

1. 交通燈控制電路

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首先分析我們要設計的這個交通燈控制電路的功能有以下幾點：1、可回以控制主幹道與支幹道的答信號燈的明暗，2、可以對主幹道與支幹道的信號燈亮的時間進行倒數計時。因此我們可以知道此電路應包含振盪電路、計數器電路、解碼顯示、主控制電路和信號燈解碼驅動器等五個部分，並分析其原理圖如圖1所示並作出以下兩種方案。

2. 交通燈控制邏輯電路設計

交通燈控制邏輯電路工作流程圖如下：
1、要求東西方向的紅、 黃、 綠燈和南北方向的紅、 黃、 綠燈按照上面的工作時序進行工作， 黃燈亮時應為閃爍狀態；
2、 南北和東西車輛交替進行， 各通行時間24秒；
3、每次綠燈變紅燈時， 黃燈先閃爍4秒， 才可以變換運行方向；
4、 十字路口要有數字顯示作為時間提示，以倒計時按照時序要求進行顯示。

3. 交通燈控制邏輯電路設計的內容簡介

1．設計一個十字路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間都設為25秒；
2．要求黃燈先亮5秒，才能變換運行車道；
3．黃燈亮時，要求每秒鍾閃亮一次 。 1．復習數字系統設計基礎。
2．復習多路數據選擇器、二進制同步計數器的工作原理。
3．根據交通燈控制系統框圖，畫出完整的電路圖。 1．分析系統的邏輯功能，畫出其框圖
交通燈控制系統的原理框圖如圖12、1所示。它主要由控制器、定時器、解碼器和秒脈沖信號發生器等部分組成。秒脈沖發生器是該系統中定時器和控制器的標准時鍾信號源，解碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經驅動電路後驅動信號燈工作，控制器是系統的主要部分，由它控制定時器和解碼器的工作。圖中：
TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。
TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。
ST：表示定時器到了規定的時間後，由控制器發出狀態轉換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態的定時。
2．畫出交通燈控制器的ASM（Algorithmic State Machine，演算法狀態機）
（1）圖甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規定的時間隔TL時，控制器發出狀態信號ST，轉到下一工作狀態。
（2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規定時間間隔TY時，控制器發出狀態轉換信號ST，轉到下一工作狀態。
（3）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規定的時間間隔TL時，控制器發出狀態轉換信號ST，轉到下一工作狀態。
（4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續通行。黃燈亮足規定的時間間隔TY時，控制器發出狀態轉換信號ST，系統又轉換到第（1）種工作狀態。
交通燈以上4種工作狀態的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態編碼為00、01、11、10，並分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態及功能如表12、1所示，控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，並作如下規定：
表12、1 控制器工作狀態及功能 控制狀態 信號燈狀態 車道運行狀態 S0（00） 甲綠，乙紅 甲車道通行，乙車道禁止通行 S1（01） 甲黃，乙紅 甲車道緩行，乙車道禁止通行 S3（11） 甲紅，乙綠 甲車道禁止通行，甲車道通行 S2（10） 甲紅，乙黃 甲車道禁止通行，甲車道緩行 AG=1：甲車道綠燈亮；
BG=1：乙車道綠燈亮；
AY=1：甲車道黃燈亮；
BY=1：乙車道黃燈亮；
AR=1：甲車道紅燈亮；
BR=1：乙車道紅燈亮；
由此得到交通燈的ASM圖，如 圖12、2所示。設控制器的初始狀態為S0（用狀態框表示S0），當S0的持續時間小於25秒時，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當S0的持續時間等於25秒時，TL=1，控制器發出狀態轉換信號ST（用條件輸出框表示ST），並轉換到下一個工作狀態。依此類推可以弄懂ASM圖所表達的含義。
3．單元電路的設計
（1）定時器
定時器由與系統秒脈沖（由時鍾脈沖產生器提供）同步的計數器構成，要求計數器在狀態信號ST作用下，首先清零，然後在時鍾脈沖上升沿作用下，計數器從零開始進行增1計數，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。
計數器選用集成電路74LS163進行設計較簡便。74LS163是4位二進制同步計數器，它具有同步清零、同步置數的功能。74LS163的外引線排列圖和時序波形圖如圖12、3所示，其功能表如表12、2所示。圖中， 是低電平有效的同步清零輸入端， 是低電平有效才同步並行置數控制端，CTp、CTT是計 圖12.2 交通燈的ASM圖數控制端，CO是進位輸出端，D0～D3是並行數據輸入端，Q0～Q 3是數據輸出端。由兩片74LS163級聯組成的定時器電路如圖12、4所示。電路的工作原理請自行分析。
圖12、3 74LS163的外引線排列圖和時序波形圖
（2）控制器
控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規則控制信號燈工作狀態的轉換。從ASM圖可以列出控制器的狀態轉換表，如表12、3所示。選用兩個D觸發器FF1、FFO做為時序寄存器產生 4種狀態，控制器狀態轉換的條件為TL和TY，當控制器處於Q1n+1Q0n+1= 00狀態時，如果TL= 0，則控制器保持在00狀態；如果，則控制器轉換到Q1n+1Q0n+1= 01狀態。這兩種情況與條件TY無關，所以用無關項X表示。其餘情況依次類推，同時表中還列出了狀態轉換信號ST。
圖12、4 定時器電路圖
表12.2 74LS163功能表
表12.3 控制器狀態轉換表
根據表12.3、可以推出狀態方程和轉換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應的輸入或狀態轉換條件變數相與，其中1用原變數表示，0用反變數表示，然後將各與項相或，即可得到下面的方程：
根據以上方程，選用數據選擇器 74LS153來實現每個D觸發器的輸入函數，將觸發器的現態值（ ）加到74LS153的數據選擇輸入端作為控制信號．即可實現控制器的功能。控制器的邏輯圖如圖12.5所示。圖中R、C構成上電復位電路 。
圖 12、5控制器邏輯圖
（3）解碼器
解碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態。控制器的狀態編碼與信號燈控制信號之間的關系如表 12、4所示。實現上述關系的解碼電路請讀者自行設計。 1． 數字電路實驗箱
2． 集成電路74LS74 1片，74LS10 1片，74LS00 2片，74LS153 2片，74LS163 2片，NE555 1片
3． 電阻 51KΩ 1隻，200Ω 6隻
4． 電容 10Uf 1隻
5． 其它 發光二極體 6隻 表12、4控制器狀態編碼與信號燈關系表
狀態 AG AY AR BG BY BR
0 0 1 0 0 0 0 1
0 1 0 1 0 0 0 1
1 0 0 0 1 1 0 0
1 1 0 0 1 0 1 0
1．設計、組裝解碼器電路，其輸出接甲、乙車道上的6隻信號燈（實驗時用發光二極體代替），驗證電路的邏輯功能。
2．設計、組裝秒脈沖產生電路。
3．組裝、調試定時電路。當 CP信號為 1Hz正方波時，畫出CP、 Q0、 Q1、 Q2、Q3、Q4、TL．、TY的波形，並注意它們之間一的時序關系。
4．組裝、調試控制器電路。
5．完成交通燈控制電路的聯調，並測試其功能。 1．畫出實驗電路原理圖，並標明各元件的參數值。
2．繪出實驗中的時序波形，整理實驗數據，並加以說明。
3．寫出實驗過程中出現的故障現象及其解決辦法。
4．回答思考題。
5．心得體會與建議。

4. 如何用一片CD4011和兩片NE555組成交通燈電路

用CD4011和NE555隻能組成簡易的自動控制的交通燈，見上圖。

該控制器主要由四塊555(IC2～IC5)和一些阻容元件組成的四級單穩態延時電路首尾相連而成。輸入的8V電壓經78M05穩壓後為555提供VDD= 5V的電源電壓。

當剛接通電源時，觸發脈沖經IC1(CD4011)門電路和R1、C1延時，再經C2、R22微分後加到IC2②腳，觸發IC2輸出高電平，進入暫穩態，其暫穩態定時時間長短取決於K1的位置，延時td=1.1RC6，設定時間分別為60秒、45秒、30秒。暫穩態結束時，IC2③腳為低電平，其經C3、R23微分後，下降沿又觸發IC3，形成第二級單穩態延時。如此依次觸發定時，完成綠色燈亮-黃色燈亮(8秒、10秒、12秒)-紅色燈亮(60秒、45秒、30秒)的循環周期。

本電路為控制電路及指揮崗亭內的監控顯示部分。若真正用於交通指揮，則應使控制信號去激勵固態繼電器，然後去驅動發光燈泡工作。

5. 簡易交通燈控制電路設計

1．
任務與要求
設計一個十字路口的紅、綠、黃三色信號交通燈控制電路，具體要求如下：
1）用紅、綠、黃三色發光二極體作信號燈。主幹道為東西向，有紅、綠、黃三個燈；支幹道為南北向，也有紅、綠、黃三個燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停靠到禁行線之外。
2）由於主幹道車輛較多而支幹道車輛較少，所以主幹道綠燈時間較長。當主幹道允許通行亮綠燈時，支幹道亮紅燈。而支幹道允許通行亮綠燈時，主幹道亮紅燈，兩者交替重復。主幹道每次放行50s，支幹道每次放行30s。
在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉換過程中間，需要亮5s的黃燈作為過渡，以使行駛中的車輛有時間停靠到禁行線以外。
3）能實現正常的、即時顯示功能，用實驗箱上的4個七段數碼管作為到計時顯示器，分別顯示東西、南北方向的紅燈、綠燈、黃燈時間。
4）能實現特殊狀態的功能顯示，設s為特殊狀態的感測器信號，當s=1時，進入特殊狀態。當s=0時，退出特殊狀態。按s後，能實現特殊狀態功能：
（1）
顯示器閃爍；
（2）
計數器停止計數並保持在原來的數據；
（3）
東西、南北路口均顯示紅燈狀態；
（4）
特殊狀態結束後，能繼續對時間進行計數。
5）能實現控制器總清零功能
按下r後，系統實現總清零，計數器由初始狀態開始計數，對應狀態的指示燈亮。
2．根據設計任務與要求，畫出設計總電路圖，寫出設計報告