交通灯控制逻辑电路设计报告
目录
一、 设计任务和要求 ······························(1)
二、设计方案选择及论证 ···························（3） 三、电路设计计算与分析 ·························（5）
四 、总结及心得 ······························（18） 五、附录 ·······························（19）
六 、参考文献 ·······························（20）
一.设计任务和要求
设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下： [1] 它们的工作方式满足图1顺序的工作流程，途中设南北向
的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG，其中红灯(R)亮，表示该条道路禁止通行，黄灯(Y)亮表示停车，绿灯(G)亮表示允许通行。
[2] 两个方向的工作时序：东西向亮红灯时间应等于南北向亮
黄、绿灯时间之和，南北向亮红灯时间应等于东西向亮黄、绿灯时间之和。
[3] 十字路口有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。
[4] 可以手动调整和自动调整，夜间为黄灯闪耀。 [5] 用LED发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮
时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。
二.设计的方案的选择与论证
根据设计任务与要求,我们可以知道这个交通灯的设计,东西向红灯亮时间应该等于 南北向黄灯及绿灯亮时间之和即：EWR=NSY+NSG.南北向红灯亮时间应该等于东西向黄灯及绿灯亮时间之和即：NSR=EWY+EWG.则需要三个不同进制的计数器完成对红黄绿灯工作时间的控制，这就要求我们要有两个计数器, 可以用两片74192芯片来构成对应进制的计数器,为了实现对三种进制计数方法的切换可采用10线优先译码器的输出作为74LS192的不同置数输入。
方案一：
交通灯控制原理图: 555多些震显示计数 荡脉冲发生 倒计时计数 完成不同进制转换 74LS147优 先译码器 夜间手动控制 亮灯控制电路 模拟车电路
图1 1) 正常运行时
首先倒计时预置数,通过秒脉冲源给倒计数器发送秒脉冲,倒计时器开始倒计时,驱动时间显示器显示,并且交通灯也正常运行 ，设计红灯亮时间长度为20s,黄灯亮时间长度为6s，绿灯亮时间长度为14s. 当倒计时器计到0时,
驱动计数进制转换器,使倒计时器预置为另一个进制,并同时控制和改变交通灯的显示,其实就是计数进制转换器既可以完成进制转换,也同时充当了交通灯的转换功能.如此往复循环.
2） 当夜间时，利用手动开关使四方向黄灯闪烁 ,倒计时器出于正常工作状态。
方案二：
交通灯控制原理图:
555定 时 器 计数进制转换通道选择交通灯选择交通显示图2
1) 正常运行时
夜间手动控制开关
由555定时器计时,驱动交通灯选择器控制交通灯的显示,当一个方向的计数完成之后会产生一个脉冲,给通道选择器, 然后通道选择器驱动计数进制转换器转换到另一个进制,由计数进制转换器预置555定时器的定时时间,然后再驱动交通灯选择器控制交通灯的显示,如此往复,其中555定时器是由电阻和电容来控制定时时间,其中的计数进制转换器就可用一个数据分配器74138来选择所需电阻的大小来控制,通道择器就可用两个JK触发器构成一个四进制的计数器,其中两个输出端就可以来作为计数进制转换器74138的输入,并且这两个输出端还
可作为交通灯选择器74138的输入. 2） 当按下夜间手动开关时,黄灯开始闪烁.
选择:
通过这两个方案的对比,由于第二个方案用的是555定时器来计时,所以无法显示倒计 时的时间,.我觉得第一个方案更符合我们的实际要求,所以我选择了第一个方案
三．电路设计计算与分析
1）555接成多谐振荡脉冲发生器
将555定时器的V11 和V12 连在一起接成施密特触发器，然后再将V0经过RC
积分电路接回输入端即成为多谐振荡器 。
充电电容上的电压将在555内部的上门限电压和下门限电压间往复振荡，
电容充放电时间计算如下：
电容C=100uF充电时间 T1=( R1+R2)*C*Ln2
=( 2.886+5.772)*0.1*0.693 =0.6s
T2=R2*C*Ln2
=5.772*0.1*0.693 =0.4s
电容俩端波形如下:
555输出端波形如下
T=T1+T2=1s
所以可产生周期为1s的脉冲波 。
2）进制转换电路
用74LS161接成一个三进制的计数器
状态转换表如下：
0 1 2 3
计电路状态 数顺QD QC QB QA 序 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 等效十进制数 0 1 2 0 进位输出 0 0 1 0
用138编码器控制交通灯的工作
交通灯与74LS138输出连接 使得
Y2’有效输出时，红灯亮 Y0’有效输出时，绿灯亮 Y1’有效输出时，黄灯亮
图中138编码器输入与输出的关系如下图：
74LS161输出 74138输74138输出 入 QA QB QC A B C Y0’ Y1’ Y2’ 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1交通灯工作状态 红 绿黄 1 1 1 74LS147
U10
1管脚接138编码器的输出 Y0’
2管脚接138编码器的输出 Y2’
U12
4管脚接138编码器的输出 Y0’
6管脚接138编码器的输出 Y1’
74LS147真值表如下：
74LS147是10线优先译码器，管脚越大优先权越高
74LS192倒计时计数器
图为 192真值表
计数 顺序 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
等效十进QD QC QB QA 制数 0 0 0 0 0 1 0 0 1 9 1 0 0 0 8 0 1 1 1 7 0 1 1 0 6 0 1 0 1 5 0 1 0 0 4 0 0 1 1 3 0 0 1 0 2 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 电路状态
借位 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
交通灯工作状态 147输出 红 绿 黄 1 D C B A 1 1 1 0 D C B A 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 192输入 十位输入 个位输入 D C B A D C B A 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 交通灯工作状态与倒计时计数器的逻辑关系如上表
由图知：
绿灯 亮时，192十位及个位输入端置数 分别为 0001 0100 由192真值表可知完成20进制计数
黄灯亮时 ，192十位及个位输入端置数 分别为 0000 0110 由192真值表可知完成6进制计数
红灯亮时，192十位及个位输入端置数 分别为 0010 0000由192真值表可知完成20进制计数。
红灯显示时间及工作状态
绿灯显示时间及工作状态
黄灯显示时间及工作状态
3）交通灯显示 十字路口交通灯 如下
4）模拟车电路
138编码器
将138编码器的输出端依次与8支红色 探针相连接G1端与所控制的方向绿灯相 连
138编码器真值表如下：
由于G1 连接在所控方向的绿灯上，故当绿灯亮时G1（E1）接高电平
如真值表所示当E1（G1）为高电平时编码器工作在编码。 当E1为O时 即该方向绿灯不工作时138编码器输出端均无效输出，红色探针
均点亮且无闪烁，此时表示小车不可行驶 。
如下图：
5）夜间手动控制黄灯闪 电路图如下
利用555接成的多谐脉冲发生电路作为黄灯的输入控制端，当夜间时通过手动将开光打到与脉冲产生端相连 ，此时其他等均正常工作，只有四方向的黄灯在闪烁，周期为脉冲周期，T=1s .
四．总结及心得
一直以来都不知道如何将书本上的知识运用到实际当中去。经过这次设计，知道了很多，但是远远不够。经后要经常地 运用所学知识去设计电子产品，及时消化所学知识，也可以提高自己的动手能力，培养创新思维。
通过看芯片真值表和引脚图来确定芯片的功能以及电路连接，让我深深地认识到学会看真值表和引脚图那是电子设计的基础。
总之，通过这次设计我不仅学会了如何去运用所学知识，还学到了很多在书本上学不到的东西，开阔了自己的视野，增加了考虑问题的角度。今后，我要更加努力地去学习。
五．附录
元件清单
电阻 电阻 电容 电容 红色探针 黄色探针 绿色探针 非门 与非门 或非门 数码显示管 计数器 优先编码器 计数器 编码器 555定时器 开关 电源
R1 R2 C Cf X1-X16，EWR,NSR EWY,NSY EWG,NSG 7404N 7400N 7428N DCD-HEX 74LS192D 74LS147D 74LS161N 74LS138D 555-IRTUAL Timer J1 VCC 2.886K 5.772K 100nF 10nF 2.5V 2.5V 2.5V 5V 1个 1个 1个 1个 18个 2个 2个 25个 2个 5个 4个 4个 4个 3个 4个 1个 1个 5个 六．参考文献
1 阎石 主编 数字电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社. 2010
2 姚娅川 吴培明 主编 数字电子技术. 重庆：重庆大学出版社. 2006.6
3 肖冰 郭莉 安德宁 编著 数字电路逻辑设计实验技术. 京：北京邮电大学出版社. 2000.7
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