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交通信号灯电路的设计 1 技术指标 设计一种利用发光二极管作为交通信号灯的指示，实现南北、东西车道的交替通行，要求实现南北车道方向是绿灯、黄灯红灯；向是红灯、绿灯、黄灯。本方案由秒脉冲电路、计时电路、译码及显示电路和控制电路组成。秒脉冲电路由NE555芯片组成的标准的时钟信号源。计时电路由两片74ls160构成两位数计数器，向控制电路提供定时信号并通过74ls48译码芯片控制数码管的显示。控制电路由74ls153和D触发器构成再由74ls08的与门共同控制信号灯的交替工作。方案一整体仿真图如图1。秒脉冲电路由NE555电路及外围的电路组成，如下图2所示。其中电阻R7 、R8和电容C1的取值决定了脉冲的频率和占空比，取，，根据公式： 可知即为秒脉冲发生电路。计时电路由系统秒脉冲电路和同步的计数器74LS160构成，如下图3所示。要求计数器在状态信号下，首先清零，然后再始终脉冲上升沿作用下，计数器开始从零开始增一计数，向控制电路提供定时信号。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。 译码和显示电路由74LS48和共阴极七段数码管组成，如图4所示。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。 选用两个D触发器74LS74做为时序寄存器产生 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。仿真图如图5。 本方案主要由74LS192计数器、74LS194移位寄存器和秒脉冲发生器组成，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。东西、南北两车道各使用两块74LS192计数芯片分别做为高位和地位控制显示电路，并实现两车道的20、15、5秒递减环计时。方案整体仿真图如6。状态控制电路如下图8所示。由移位寄存器74LS194构成，移位寄存器开始置数为0001，Q3输出端接SR来控制是否右移,且MR、S0接高电平，CLK脉冲输入端接两车道高位借位端的与结果PL，S1接双掷开关，高电平重置，低电平正常计数，该开关跟四个74LS192芯片的MR端相连来控制是否清零，寄存器通过右移实现四种状态的变换。 如下图9所示。74LS192可实现递增、递减计数以及置数的功能。低位的借位端TCD与高位的减脉冲输入端DN相连，从而扩展为两位的计数，计数器的置数端均与PL端相连，高位的D0、D1接寄存器的Q0、Q2，低位的DN端接秒脉冲，低位的D1、D3接低电平，D0、D2接寄存器输出端Q0的非或者Q2的非，以实现相应状态的相应置数。而寄存器的四个输出端，经过相应的门电路变换后接入各信号灯以控制其亮灭。 将74LS192输出端和七段数码管相接来控制数码管上显示的数字。如下图10所示。 2.3 方案比较 两种方案采用相同的秒脉冲电路，分别对两种方案仿真结果中得知，方案一是完全能够实现技术指标的要求，方案二中仅能实现一次循环4种状态的转换。相比与方案一，方案二中实际布线更为复杂，出错可能性更高，方案一中用到的芯片较多，不符合设计方案中已给的实验元件：NE555时基集成电路、74LS138和74LS161为主，因此采用实现方案，能够完成在面包板上的布线。 图12 NE555芯片管脚图 555引脚图介绍如下：1 地 GND 2 触发 3 输出 4 复位 5 控制电压 6 门限(阈值） 7 放电 8 电源 图13 74ls161引脚图 74ls161引脚图介绍如下：1.MR 清零 2.CP 时钟 3-6.P0~P3 四个数据输入端 710.CEP、CET 使能8.GND 接地 9.PE 置数 11~14.Q3~Q0 数据输出端 15.TC 进位输出(TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET ) 16.VCC 74ls161功能表如下图所示。 3.1.3 74LS138功能 图15 74LS138芯片管脚图74ls138译码器引脚图介绍如下：1~3. 地址输入端 4~6 使能端 8.接地 7，9~15 输出端。 图17 实现方案秒脉冲电路 3.2.2计数电路 由74LS161组成，如下图1所示。ENP=ENT=LOAD=1，芯片正常工作且未预置 图18 实现方案计数电路 3.2.3 信号灯控制部分 由3-8译码器74LS138构成，如下图1所示。E1=1，E2=E3=0保证了芯片的正常译码，Y0、Y1、Y2、Y3控制灯的亮与灭。 在面包板上布线完成，接通电源及地端，结果只有一个红灯和绿灯常亮且并其他灯没亮，我们分别对各级电路进行依次排查。发现在74ls161技术输出端Q2输出的波形不是Q0周期的4倍，检查其他