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1、交通灯系统 用数电 实现第1页，本讲稿共18页设计任务和基本要求用数字电路设计一个十字路口交通灯信号控制器，要求如下：1、主、支干道交替通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。2、绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行。3、每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒（此时另一干道上的红灯不变）。第2页，本讲稿共18页4、十字路口要有数字显示，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、在黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁。6、要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在099s内任意设定。第3页，本讲稿共18页设计方案该交通灯控制系统的
2、组成框图如下图所示译码、显示秒脉冲发生器置数控制状态控制器减法计数器状态译码器红灯闪烁控制器支干道信号灯主干道信号灯交通灯控制系统工作框图第4页，本讲稿共18页状态控制器：主要用于记录十字路口交通的工作状态，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。减法计数器：对秒脉冲减计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。其回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定计数器下一次减计数的初始值。减法计数器的状态由BCD译码器译码、数码管显示。在黄灯亮期间，状态译码器将秒脉冲引入红灯控制电路，使红灯闪烁。第5页，本讲稿共18页电路设计1、
3、状态控制器设计 根据设计要求，各信号灯的工作顺序流程如图所示。主干道绿灯亮支干道红灯亮（30进制计数器减1）主干道黄灯亮 支干道红灯闪烁 （5进制计数器减1）主干道红灯亮支干道绿灯亮（20进制计数器减1）主干道红灯闪烁支干道黄灯亮（5进制计数器减1）30秒未到5秒未到20秒未到5秒未到交通灯顺序工作流程图第6页，本讲稿共18页 信号灯四种不同的状态，分别用S0（主绿灯亮，支红灯亮）、S1（主黄灯亮，支红灯闪烁）、S2（主红灯亮，支绿灯亮）、S3（主红灯闪烁，支黄灯亮）表示。其状态编码及状态转换如图所示：S0=00S1=01S2=10S3=11第7页，本讲稿共18页 显然，这是一个二位二进制计数
4、器。这里采用中规模集成计数器CD4029构成状态控制器。CD4029是一CMOS电路二进制/十进制可异步置数的可逆计数器，若要实现多级级联，只需将前级计数器的进位/借位信号输出连接到下一级计数器的CK端即可。CD4029的管脚及功能如下：第8页，本讲稿共18页状态控制器电路为：第9页，本讲稿共18页2、状态译码器设计 主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。它们之间的关系如下真值表：第10页，本讲稿共18页第11页，本讲稿共18页 现选择半导体二极管模拟交通灯，由于门电路的带灌电流的能力一般比带拉电流的能力强，所以要求
5、门电路输出低电平时，点亮相应的发光二极管。根据设计要求，当黄灯亮时，红灯应按1Hz的频率闪烁。从状态译码器的真值表中看出，黄灯亮时，Q1必为低电平；而红灯点亮信号与Q1无关。可利用Q1信号去控制一个三态门，当Q1为高电平时，将秒信号脉冲引到驱动红灯的与非门的输入端，使红灯在黄灯亮的期间闪烁。故状态译码器的电路如下：第12页，本讲稿共18页3、定时系统设计 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，以完成30秒、20秒、5秒的定时任务。定时器：由两片CD4029构成的二位十进制可预置减 法计数器完成。时间显示：时间状态由两片74ls47和两只数码管对减 法计数器进行译码
6、显示。预置数：通过三片8路双向三态门74ls245完成。一 输入数据到减法计数器的置入由状态译码 器的输出信号控制不同的74ls245的选通信 号来实现。第13页，本讲稿共18页例如：当状态控制器在S1（Q2Q1=01）或在S3（Q2Q1=11）时，要求减法计数器按初值5开始计数，故采用S1、S2为逻辑变量而形成的控制信号Q1去控制输入数据接5的74ls245的选通信号。由于选通信号要求低电平有效，故Q1经一级反相器后接在74ls245的选通地信号端。同理：30秒用主干道绿灯信号选通。20秒用支干道绿灯信号选通。第14页，本讲稿共18页第15页，本讲稿共18页74ls47引脚图 74ls47管脚图第16页，本讲稿共18页第17页，本讲稿共18页第18页，本讲稿共18页