交通灯控制器的设计(综合设计实验)

交通灯控制器的设计（综合设计实验）

一、目的、任务

……1.巩固和加深学生对电子电路基本知识的理解，提高他们综合运用本课程所学知识的能力。

2.培养学生根据实验需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。

3.通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件初步掌握复杂实用电路的分析方法和工程设计方法。

4.培养严肃、认真的工作作风和科学态度。通过综合设计实验，帮助学生逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点。

二、设计内容

设计一个十字路口交通灯定时控制系统：

①主、支干道交替通行，主道每次放行30秒，支道每次放行20秒。

②绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行。

③当绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒，此时另一干道上的红灯不变。

④主、支路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位作减计数。

⑤黄灯亮时，红灯按1HZ的频率闪烁。

⑥要求主、支干通道通行时间及黄灯亮的时间均可在0～99S内任意设定。

三、设计方案

该交通灯定时控制系统的组成框图如图1所示。由状态控制器、状态译码器、减法计数器、秒脉冲发生等组成。

状态控制器主要用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过状态译码器分别点亮相应状态的信号灯。

秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器实现减计数，控制每一种工作状态的持续时间。

图5 交通灯状态显示电路

定时系统的设计

根据设计要求，交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器，来20秒、5秒的定时任务。采用同步十进制加/减计数器74LS190

Q C=C、Q D=D，而与其他控制端的电平无关。

2）计数：在允许端CTEN为低电平，置数端无效（LOAD=1）的条件下，若加／减输入端U/D 为低电平，则可进行加计数，若加／减输入端U/D 为高电平，可进行减计数。

3）禁止计数：当允许端CTEN为高电平时，计数被禁止。值得注意的是，允许端的电平应在CP为高电平时发生变化。

4）级联：为了便于进行级联，采用了两个输出：脉动时钟输出（RCO）和最大/最小（MAX/MIN）计数输出。当计数器发生溢出或下溢时，脉动时钟输出将产生一个低电平输出脉冲，其宽度为时钟输入的低电平部分，而最大/最小计数输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度为时钟脉冲的整个周期。

[附：级联方法①若使用并行时钟脉冲，则把脉动时钟输出送到下一级计数器的使能输入。②若使用并行使能，则把脉动时钟输出送到下一级计数器的时钟输入。③高速应用时，可用最大/最小计数输出进行超前进位。]

（2）五进制减法计数器设计

五进制减法计数器设计电路如图6所示，4个开关分别接74190芯片的D、C、B、A端，假如把时间设为5秒，开关DCBA分别接0101，当数据输入端信号DCBA=0101时，置数端（LOAD）为低电平时，当时钟上升沿到来时，结果使Q D Q C Q B Q A= DCBA=0101，把开关space接到高电平，74190从5开始进行减法计数。

图6 五进制减法计数器

（3）二十或三十进制减法计数器

二十或三十进制减法计数如图7所示，先选用两个74190芯片级联成一个从可任意设定时间00～99倒计至00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的MAX/MIN用一个非门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。8个开关H、G、F、E、D、C、B、A分别接十位数和个位数74190芯片的D、C、B、A端，如把时间设为20秒，十位数74190芯片的开关HGFE=0010，个位数74190芯片的开关DCBA=0000，置数端（LOAD）为低电平时，当时钟上升沿到来时，结果使十位数74190芯片Q D Q C Q B Q A=0010，个位数74190芯片Q D Q C Q B

Q A=0000，把开关space接到高电平，计数器从20开始进行减法计数。如把时间设为30秒，十位数74190芯片的开关HGFE=0011，个位数74190芯片的开关DCBA=0000，置数端（LOAD）为低电平时，当时钟上升沿到来时，结果使十位数74190芯片Q D Q C Q B Q A= 0011，个位数74190芯片Q D Q C Q B Q A= 0000，把开关space接到高电平，计数器从30开始进行减法计数。

（a） (b) (c)

图8 三片74LS244的输入数据

表4 74LS244功能表

图9 预置控制电路5.秒信号产生器电路设计

产生秒信号的电路由多种形式，现利用555定时器组成秒信号发生器，如图10所示。R1、R2和C是外接定时元件，将555定时器的高电平触发端THR与低电平触发端TRI连接在一起，接到R2和C的连接处，将放电端DIS接到R1、R2的连接处，CON端接有0.01μF的滤波电容，以提高电路的稳定性，也可不接。

因为该电路输出脉冲的周期为：

T=0.7（R1+2R2）C

若T=1s，令C=12μF，R1=47KΩ，则R2=39KΩ，使输出脉冲周期为1S。

图10 秒信号发生器

用示波器作为上图的输出，打开右上脚的按钮，然后双击示波器，我们可观察到图11所示的秒信号。如果产生的波形有误差，可以稍微调节左边电容的大小以便信号更逼真。

因为需要产生秒信号，所以“Time base”选项卡应该改为1s，点击“expand”，可以放大观察。

图11 秒信号显示波形

首先调试秒信号发生器。用示波器监视秒信号发生器的输出，使输出信号的周期为1s。

6．译码和显示电路

由7448和七段数码管组成。各计数器的输出端输出的BCD编码，分别送给对应7448，经过7448译码输出的七段LED数码管的十进制数显示代码，使共阴阳七段LED 数码管，显示出对应的十进制数，一个7448和七段数码管组成的电路如图12所示。

图12 译码和显示电路

五、整机电路

把各个单元电路互相连接起来，整机电路如图13所示。

图13整机电路

六、调试要点

1．先调试秒信号发生器。可用示波器或指示灯来监视秒信号发生器的输出，输出信号的周期应为1S。

2．直接将秒信号接入状态控制器脉冲输入端，在该脉冲作用下，模拟主、支干道的三色信号灯应按要求依次转换。

3．将秒信号接入定时系统电路脉冲输入端，在该脉冲作用下将74LS244的置数选通端依次接地，计数器应以三个不同的置数输入为进制体制，完成减法计数，数码管应有相应的显示。

4．把各个单元电路互相连接起来，进行系统通调。

七、实验报告

1．计任务及主要指标和要求；

2．选定方案的论证以及整机电路框图和工作原理；

3．单元电路的设计计算;元器件选择,画出单元电路图；

4．用EWB对电路进行计算机仿真，并分析仿真结果；

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