交通信号灯可动控制器曹俊见

按设计要求，须用数码管来做显示器。要求计数分辨率为1秒，那么我们需要相应频率的信号发生器。选择信号发生器时，有两种方案：一种是用晶体震荡器，由基本数字逻辑单元进行设计,由振荡器产生一定频率的方波脉冲，之后由分频器对方波脉冲进行分频，以达到设计电路所需的频率脉冲。另一种方案是采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。本实验选用第二种方案，即CP脉冲由555定时器构成的多谐振荡器，产生1赫兹脉冲。其核心部分是用2个74LS190加减计数器级联方式构成计数器。用具有记忆功能的JK触发器实现电路的转换。具体如下：

（1）秒振荡电路应能输出频率分别为为1H幅度为5V的时钟脉冲，为提高精度，可用555设计一个输出频率为1Hz周期为1V的矩形脉冲的多谐振荡器

（2）计数器电路应具有75秒倒计时功能，可以通过2片74LS190级联来实现。

（3）各个方向的倒计时显示可共用一套译码显示电路，只要用2个4输入的BCD_HEX数码管接74LS190的输出即可实现。

（4）主控制电路和信号灯译码驱动用各种门电路和JK触发器组成，应能实现计时电路的转换、各方向信号灯的控制。四、设计框图

首先分析实际交通灯控制电路，从南北方向和东西方向入手，路口均有红、黄、绿三个交通灯显示数码管。其示意图如下：

图1-1 十字路口交通信号灯控制示意图

1．系统工作流程图系统工作流程图如图所示：

东西方向绿灯(EWG)亮70s,南北方向红灯亮东西方向黄灯(EWY)亮5s,南北方向红灯亮(NSR)亮; 南北方向黄灯(NSY)亮5s,东西方向红灯亮(EWR)南北方向绿灯(NSG)亮70s,东西方向红灯亮EWR)亮;

图1-2 系统工作流程

2．系统硬件框图硬件结构框图如图所示：

图1－3 硬件结构框图

四．系统单元电路及设计原理

(1) 秒脉冲发生器

采用555定时芯片来产生秒脉冲，首先把555定时芯片接成施密特触发器(把芯片的2、6脚接到一起)，然后适当的设置R1﹑R2﹑C的值就可以得到秒脉冲了。因为施密特触发器电路的周期为

T=(R1+2R2)Cln2 （2-1）

此时输出脉冲的空占比为

T1R1?R2q== （2-2） TR1?2R2上式说明，施密特触发器的空占比总是大于50%。为了得到等于50%的空占比，我们对电路做了些改进，如下图，由于接入了二极管D1、D2,电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经R1，放电只流经R2，因此电容的充电时间变为

T1=R1Cln2 （2-3）

而放电时间变为

T2=R2 Cln2 （2-4）

故输出脉冲的空占比为

R1 （2-5）

R1?R2故当R1=R2，q=50%。下图的周期也相应的变为

T=T1+T2=(R1+R2)Cln2 （2-6）

T=1，若取C2=10uF,得R1=R2=70千欧，得到的近似为1HZ的方波。周期为1S.

图1-4 秒脉冲发生器电路图

555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

(2) 状态控制器

图1-5 状态转换图

由流程图可见，系统有4种不同的工作状态，状态编码分别为11、10、01、

00，状态编码为两个下降沿触发的JK触发器74LS112的输出：QB 和QA。

当为11时，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。当为10时，东西方向黄灯闪，南北方向红灯亮。当为01时，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。当为00时，东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪。

JK触发器由下面两路特殊的时钟信号驱动，所以会循环的在这四种状态之间转换。

最上面的波形为QB的时钟，中间的为QA的时钟，最下面的为555定时器得到的1HZ的时钟信号。QB的下降沿正好在第75个时钟处，QA下降沿有两个一个在第70个时钟处，另一个在第75个时钟处。

这部分电路由纯粹的组合逻辑电路来实现，思路如下：当两片192计数器的置数端都有效时（即输出为00），QB的时钟信号为0，否则为1。

设计组合电路，判断当两片192的输出为05（即倒计时70秒）时，输出为0，否则为1。这样得到了这样两个波形：