交通灯电路的设计。
1 设计目的。
1）熟悉集成电路的引脚安排。
2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
3）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。
4）学会用**软件对设计的原理图进行**。
5）熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。
2 设计思路。
1）设计秒脉冲发生器。用一个ne555定时器组成。
2）设计交通灯定时电路。用74ls160计数器和基本门电路组成。
3）设计交通灯控制电路。用74ls74d触发器和74ls153数据选择器构成。
4）设计交通灯译码电路。用74ls08与门电路和红黄绿三色的发光二极管组成。
5）设计交通灯显示时间电路。用74ls48译码器和共阴极七段数码管组成。
3 设计过程
3.1方案论证。
交通灯控制系统的原理框图如图1所示。
它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图1中：
tl: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，tl=1，否则，tl=0。
ty：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，ty=1，否则，ty=0。
st：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。
图1 系统的原理框图。
（1）甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔tl时，控制器发出状态信号st，转到下一工作状态。
（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔ty时，控制器发出状态转换信号st，转到下一工作状态。
（3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔tl时，控制器发出状态转换信号st，转到下一工作状态。
（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔ty时，控制器发出状态转换信号st，系统又转换到第（1）种工作状态。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为，并分别用s0、s1、s3、s2表示，则控制器的工作状态及功能如表1所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作表1规定：
3.2．单元电路的设计
3.2.1秒脉冲发生器
秒脉冲发生器由ne555定时器及外围电路组成，其中r8=68k、r9=15k,c3=10uf的电阻电容值决定了脉冲宽度。既t=(r8+2r9)c2ln2当t=1s，即可凑出r8、r9、c3，其中c2=0.01uf是为了保持输出的波形的稳定。
如图2所示， r8=68k、c3=10uf组成一个串联rc充放电电路，在ne555的7脚上输出一个方波信号，c3上得到一个三角波。此三角波送到ne555的2脚输入端。由ne555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。
表1图2 秒脉冲发生器原理图。
3.2.2定时器
定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号st作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号ty和模25的定时信号tl。
计数器选用集成电路74ls160进行设计较简便。74ls160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74ls160功能表如表2所示。
表2表中是低电平有效的异步清零输入端，是低电平有效的同步并行置数控制端，ep、et是控制端，co是进位输出端，d0～d3是并行数据输入端，q0～q 3是数据输出端。设计如图3。
图3 交通灯定时器。
其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲clk分别送给两个74ls160的清零端9处。如图所示：
输入端分别接地。。u1的7和10和u2的15相连。当u13c74ls04的st信号分别送给u1和u2的load。
就可以得到ty和ty非是秒脉冲的5倍；tl和tl非的结果是秒脉冲的25倍。
3.2.3 控制器。
控制器是交通管理的核心，它能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。列出控制器的状态转换表，如表3所示。选用两个d触发器74ls74做为时序寄存器，会产生 4种状态，控制器状态转换的条件为tl和ty，当控制器处于++1＝ 00状态时，如果tl＝ 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到++1＝ 01状态。
这两种情况与条件ty无关，所以用无关项"x"表示。其余情况依次类推，就可以列出状态转换信号st。
表3控制器状态转换表。
根据表3可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将q1n+1、q0n+1和 st为1的项所对应的输人“或”状态转换条件变量相“与”，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各“与”项相“或”，即可得到下面的方程：
根据以上方程，选用数据选择器 74ls153来实现每个d触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74ls153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。
控制器原理图如图4所示。图中r、c构成上电复位电路。由两个双多路转换器74ls153和一个双d触发器74ls74组成控制器。
触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换。
图4 交通灯控制器。
其原理为： clk分别接入u6a和u6b的3和11。将ty接入u4的4和u5的4和5；ty非接入u4的5。
如图4所示：74ls74两个d触发器作为时序寄存器产生4种状态。选用数据选择器74ls153来实现每个d触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到74ls153的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。
3.2.4译码电路。
译码器的主要任务是将控制器的输出 q1、 q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表4所示。表4中a、b分别代表甲、乙车道。
表4 控制器状态编码与信号灯关系表。
图5译码器原理图。
由秒脉冲发生器产生了周期性变化的clk脉冲，一部分送给了定时器的74ls160芯片，另一部分送给了控制器的74ls74芯片。在脉冲st同时加到定时器74ls160芯片的情况下，通过芯片74ls10将会输出ty、；tl、。即ty和放大的结果是秒脉冲的5倍；tl和tl非放大的结果是秒脉冲的25倍。
前者输出的信号是后者的1/5。将定时器输出的ty、；tl、分别作用于控制器的芯片74ls153中，在clk脉冲置于芯片74ls74中会输出高低变化的电平。，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。
电路图设计如图5。
3.2.5显示时间电路。
显示部分由74ls48和共阴极七段数码管组成，74ls48作为译码器，对74ls160的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74ls160的计数。即交通灯需要显示的时间。其设计如图6。
图6 由74ls48和数码管组成的电路。
4 **。图7 **总原理图。
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