交通灯控制器设计（Multisim仿真电路图） -

标题: 交通灯控制器设计（Multisim仿真电路图） [打印本页]

作者: 114786 时间: 2021-7-11 23:43
标题: 交通灯控制器设计（Multisim仿真电路图）
1. 在十字路口，由A（东西方向）、B（南北方向）两条交叉的道路组成；
2. A街道绿灯亮，同时B街道红灯亮，保持10秒；
3. 10秒后A街道绿灯熄灭，黄灯亮，保持3秒；
4. 3秒后A街道黄灯与B街道红灯同时熄灭，继而A街道红灯亮，B街道绿灯亮，并保持10秒；
5. 10秒后B街道绿灯熄灭，黄灯亮，保持3秒；
6. 3秒后A街道红灯与B街道黄灯同时熄灭，继而A街道绿灯与B街道红灯亮，依照上述过程如此循环。

总体设计框图

图2-1 总体设计框图

2.2.设计思路简述

主要的设计思路就是用74LS160十进制加法计数器来产生S0、S1、S2、S3四种交通灯状态，其中S0代表状态A街道绿灯，B街道红灯持续10秒，S1代表状态A街道黄灯，B街道红灯持续3秒，S2代表状态A街道红灯，B街道绿灯持续10秒，S3代表状态A街道红灯，B街道黄灯持续3秒。然后再通过门电路构成的组合逻辑电路将这四个状态送给交通信号灯进行显示。

而74LS160的四个状态则是由计数器来完成，计数器是由多功能计数器555产生的1Hz脉冲驱动，多个模块连接在一起，就构成了设计要求的交通灯控制器。

3 详细设计

3.1.多谐振荡电路

多谐振荡电路选用的是由555定时器构成的1Hz正弦波，555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面，简单方便又实用。

下面为555定时器构成多谐振荡电路相关参数的计算。

充电时间

放电时间

矩形波的振荡周期

因此改变、和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比q，q=（脉宽）/（周期T），指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C）所示电路输出矩形波的占空比。

本电路根据计算采用的仿真元件为一个555定时器、两个47K

电阻、0.01uF的滤波电容、10nF的电容，产生频率为1Hz的秒脉冲，驱动后面的计数器工作。

图3-1 555定时器构成的多谐振荡电路

图3-2 555定时器仿真产生1Hz波形

3.2.计数电路

交通的计数模块选用的是74LS191同步十六进制加法计数器，由他计数并产生状态转化信号。

设计思路：由于我设计的电路是从0计数到13，所以选择191相对于190来说就十分方便，只需要一片就可以了，而且它自身还可以预置数，是本次实验的不二之选。74LS191从0开始计数，当计数至10的时候，交通灯控制器由S0（A街道绿灯，B街道红灯持续10秒）跳至下一状态S1(A街道黄灯，B街道红灯持续3秒)，当计数器计数到十三的时候，交通灯控制器跳至状态S2（A街道红灯，B街道绿灯持续10秒），与此同时将74LS191计数器通过置数端置入0，当再次计数至10的时候，计数器再次发出转化信号，交通灯控制器转化为状态S3（A街道红灯，B街道黄灯持续3秒），当计数到13的时候，又回到了S0状态，依次循环。

如下图为同步十六进制加法计数器74LS191的功能表：

表3-1 74LS191功能表

CLK	S’	LD’	U’/D	工作状态
×	1	1	×	保持
×	×	0	×	预置数
↑	0	1	0	加法计数
↑	0	1	1	减法计数

图3-3 74LS191计数器电路图

图3-4 74LS191控制输出门电路

由上面的电路图可以很清晰地看到电路的工作原理，由于191计数器最主要的功能是发送状态转化信号，所以这些状态就可以由门电路来完成，当191计数至（1010）2的时候，输出为1，驱动下一级电路进行状态转化为S1，当计数至（1011）2的时候，驱动下一级电路进行状态转化为S2，同时将此时的输出信号取反接到191芯片的LD’端，计数器预置数为0，以此类推，不断地进行循环，就能驱动下一级电路一直在S0—S4—S0之间反复的循环，即可实现我所需要的功能。

3.3.信号灯控制电路

信号灯控制电路是本设计的核心部分，由他来控制交通灯的显示状态。

由设计项目我们可以知道交通灯总共有四个状态，所以我们只需要将这四个状态实现，那么就可以在此基础上不断地循环，从而实现我们的需要。S0、S1、S2、S3四种交通灯状态，其中S0代表状态A街道绿灯，B街道红灯持续10秒，S1代表状态A街道黄灯，B街道红灯持续3秒，S2代表状态A街道红灯，B街道绿灯持续10秒，S3代表状态A街道红灯，B街道黄灯持续3秒。如下表所示：

表3-2 交通灯状态转化表

S	QB	QA	交通灯状态
S0	0	0	A街道绿灯，B街道红灯持续10秒
S1	0	1	A街道黄灯，B街道红灯持续3秒
S2	1	0	A街道红灯，B街道绿灯持续10秒
S3	1	1	A街道红灯，B街道黄灯持续3秒

图3-5 状态转化图

通过上表将交通灯划分为四个状态，由于只有四个状态，所以控制器我选择的是同步十进制加法计数器74LS160同步十进制计数器，它可以很容易的完成这四个状态的转化，而且还有置数置零端，即从0计数到4，实现四个状态的循环，非常适合本次设计的需求。下表是同步十进制加法计数器74LS160的功能表：

表3-3 74LS160功能表

RD’	LD’	EP	ET	CP	功能
0	×	×	×	×	复位
1	0	×	×	↑	预置
1	1	0	0	↑	保持
1	1	0	1	↑	保持
1	1	1	0	↑	保持
1	1	1	1	↑	计数

如下图为74160作为控制器的控制电路：

图3-6 74LS160芯片控制电路

通过了解74160的功能后，我们可以通过它输出四种不同的交通灯状态如下：

表3-4 交通灯显示逻辑表

S	QB	QA	RA	YA	GA	RB	YB	GB
S0	0	0	0	0	1	1	0	0
S1	0	1	0	1	0	1	0	0
S2	1	0	1	0	0	0	0	1
S3	1	1	1	0	0	0	1	0

为了能够得出输出四种状态的逻辑式，我列出了上述真值表。其中QA和QB分别代表74160的最低位和次低位，RA、YA、GA分别代表A街道红灯、黄灯、绿灯，RB、YB、GB分别代表B街道的红灯、黄灯、绿灯，用逻辑量‘1’和‘0’分别代表交通灯的亮、灭。由项目即可列出真值表，再根据真值表写出逻辑式如下：

RA = QB

YA = QB’QA

GA = QB’QA’

RB = QB’

YB = QB QA

GB = QB QA’

主控电路属于时序逻辑电路，状态控制器是系统的核心部分，由它决定交通灯处于哪一个运行状态。从而使相应的交通灯点亮，并决定下一个状态的预置电路该预置的信号灯的预置值。根据上面的逻辑式就可以通过门电路画出交通灯的输出电路了，我才用的是与门74LS08芯片和非门74LS04芯片,将状态转化控制器74160输出的信号处理后交由交通灯显示，电路如下图：

图3-7 输出门电路图

3.4.交通灯显示

本设计的最后一部分就是交通灯显示模块，分为南北B街和东西A街，时间由数码管显示，如下图：

图3-8 交通灯显示模块电路图

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