摘要：交通信号灯是控制交叉路口车流方向、保持秩序、减少交通事故的有力工具。本次的交通信号灯设计主要由倒计时显示电路、定周控制电路以及信号产生及分频电路三部分电路组成, 最后用Multisim仿真软件对电路进行仿真验证
关键词：交通灯; 计时电路; 定周控制电路; 信号产生及分频电路; Multsim;
1 系统综述
1.1 单元电路简述
本次设计主要分为三个部分:倒计时显示电路、定周控制电路、信号产生及分频电路。
第一部分是倒计时显示电路, 考虑使用减计数的方法, 用四位数码管进行显示。
第二部分是定周控制电路, 通过组内长时间讨论, 试了多种思路多种方法, 最终选择了电路最简洁的方案, 选择使用16进制计数器、3-8译码器、2-4译码器与基本门电路来实现。
第三部分是信号产生及分频电路, 使用555定时器来产生所需的脉冲信号, 同时用74LS161对所产生的信号进行分频以满足不同部分电路所需的不同频率的脉冲。
1.2 总体电路设计原理
本次设计由信号产生部分提供所需脉冲, 由555定时器构成的多谐振荡器产生1Hz的方波脉冲, 同时再利用74LS161通过清零法实现五分频同时产生0.2Hz的脉冲信号。1Hz的脉冲信号提供给计时显示电路, 0.2Hz的脉冲信号提供给定周控制电路。计时显示电路使用四片十进制减计数器74LS192与四位数码管分别构成一个30s倒计时与一个50s倒计时的计时显示电路, 并通过定周控制电路中对主支干道红绿灯选择电路来控制两个倒计时显示电路的显示顺序。定周控制电路利用16进制加计数器74LS161进行定周控制, 对红绿灯亮灭分析得一个大周期为80s, 脉冲信号周期最长为5s, 所以定周控制电路的CP脉冲为0.2Hz的方波信号。
2 单元电路设计
2.1 倒计时显示电路
(1) 方案选择。倒计显示电路主要由计数器构成, 它在整个系统设计中的作用是实现计时计数, 在此我们选用减法计数器, 因为本设计要求时间可预置, 所以需要可预置数的减计数器。在设计过程中曾考虑用74LS193实现减计数部分, 但经过仿真发现数码管会出现乱码, 经分析发现, 理论上用预置数法是反馈端是用借位输出端, 但74LS193是16进制计数器, 当有借位输出时, 输出的数字已经变为1而不是预置数, 所以通过查阅资料决定使用两片74LS192十进制加减计数器实现电路
(2) 方案实现。用四个74LS192通过反馈置数法, 令:A1B1C1D1=0010、A2B2C2D2=1001、A3B3C3D3=0010、A4B4C4D4=1001, 两片借位输出端相或连到两片74LS192的置数端并将二片的借位输出端连到一片的CPD脉冲端, 二片的CPD接1Hz脉冲。
图1
2.2 定周控制电路
选用一片74LS161作为计数器、74LS138、74LS139实现。
方案设计。设计要求为主干道绿灯四十五秒, 支干道绿灯二十五秒, 每次绿灯转红灯时要有5s的黄灯作为过渡, 那么从主干道绿灯开始, 到下次主干道变为绿灯为一周期, 时间为80s。74LS161状态由0000-1111共16个状态, CP脉冲周期为5s, 这样16个状态就可实现一个80S的交通灯工作周期。
2.3 信号产生及分频电路
该部分电路所用的器件为555定时器构成的多谐振荡器。
在红绿灯电路中, 数码管显示电路需要频率为1Hz的脉冲信号, 而定周控制电路则需要频率为0.2Hz的脉冲信号, 信号产生电路需要两种频率的脉冲信号。对此选择的方案是先通过以555定时器为核心的多谐振荡电路产生频率为1Hz的脉冲信号, 再通过以74LS161为核心五进制计数器实现对秒脉冲的分频从而产生频率为0.2Hz的脉冲信号。
(1) 1Hz产生电路。利用555定时器构成的多谐振荡器, 通过公式f= (R1 2R2) Ln2C, 令C取10u F, 取R1=44.2695kΩ、R2=50kΩ。则RCO端输出1Hz的脉冲。
(2) 0.2Hz产生电路。利用74LS161用清零法改为五进制计数器, 实现五分频, 将QC端作为脉冲输出端。
3 系统综述与总体电路图
总电路是将三部分单元电路, 连接方式为:信号发生电路的1Hz脉冲接给倒计时显示电路两个74LS192的CPD端, 经过分频后的0.2Hz脉冲接到定周控制电路的74LS161的脉冲端, 定周控制电路中2-4译码器的四个输出端经过一定的与非门接入倒计时显示电路的四个74LS192的清零端, 是50s、30s倒计时能依次先后计时。