信号灯红绿灯电子电路设计.doc

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信号灯红绿灯电子电路设计
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图1 交通信号灯效果图
2. 设计方案
1. 系统组成

图2 系统组成图
一个信号源，两个计时电路，分别控制基本功能和扩展功能。
信号灯计时电路采用加法计数计时，计数达到特定值时，由附属的控制电路调控信号灯的点亮与熄灭，达到信号灯的基本功能。倒计时电路独立于信号灯计时电路，采用减法计数计时，并通过显示电路显示出来。同时，倒计时电路也控制着声音提示电路，使其在倒数结束最后3秒时，发出蜂鸣，提醒路人。
一个信号源保证基本功能和扩展功能之间达到同步，不会有错时现象出现；而两个计时电路的设计可以方便维护和更换，而在两个电路中还设置了两个独立的开关，如有故障，可以保证随时可以关闭任意一个电路。
2. 元器件清单
序号
材料名称
型号
数量
备注
1
同步十进制计数器
74LS160
2
信号灯计时电路
2
可逆双时钟BCD计数器
74LS192
2
倒计时电路
3
非门
74LS04
1
/
4
与非门
74LS00
2
/
5
或非门
74LS27
1
/
6
电阻
100Ω
若干
/
7
红黄绿发光二极管
/
2*3
信号灯
8
7SEG-BCD数码管
DCD_HEX_BLUE
4
倒计时显示
9
蜂鸣器
/
1
/
10
开关
/
2
/
表1 元器件清单
三、仿真电路

秒时钟信号的产生可以采用555定时器组成的多谐振荡器，采用如图所示的接法。
图3 秒脉冲电路原理图
在本次设计中，为了表示方便，仅采用了由函数信号发生器产生秒时钟信号。该信号源由一个方波发生器构成，实际使用时应使用1Hz 5V的发生器，为了便于仿真观察，在multisim中仿真时使用的是100Hz的。
图4 本设计采用的信号发生器

信号灯计时电路由两个74LS160芯片构成。第一个芯片U1从十进制用置数法改装为五进制，作为个位计数器；第二个芯片U2亦用置数法从十进制改装为八进制，作为十位计数器。再将两块芯片通过串联进位方式连接，将其连接成为40进制的计数器。1秒记一个数，40正好是一个信号灯变换周期。而个位5进制也可以同时满足对需要的5、15、20秒的利用。
图5 信号灯计数电路

信号灯全部利用门电路控制实现，通过对计数器十位输出端电压值的判断，来决定信号灯的点亮与熄灭。以下表2、3为从代码和信号灯两个角度出发，得到的信号灯控制规则，也可以参照表4信号灯时间安排：
时间（s）
计数器十位二进制代码
点亮信号灯
0
0000/1000
东西绿、南北黄
5
0001/1001
东西绿、南北红
10
0010/1010
东西绿、南北红
15
0011/1011
东西绿、南北红
20
0100/1100
东西黄、南北绿
25
0101/1101
东西红、南北绿
30
0110/1110
东西红、南北绿
35
0111/1111
东西红、南北绿
表2 各代码控制的信号灯
信号灯
点亮规则
东西绿
百位为0
东西黄
末三位为0
东西红
百位为0，末两位不全为0
南北绿
百位为1
南北黄
末三位为100
南北红
百位为1，末两位不全为0
表3 各信号灯点亮规则
0-5s
5-10s
10-15s
15-20s
20-25s
25-30s
30-35s
35-40s
东西绿
东西黄
东西红
南北黄
南北红
南北绿
表4 信号灯时间安排
通过以上的三个表格，可以很快用各门电路的组合得出信号灯控制电路。（各门电路输出低电平有效）如下图所示：
图6 信号灯控制电路
以上是信号灯基本功能，以下为扩展功能
4. 倒计时电路，其显示电路及声音提示电路
如下图所示，最左边是倒计时电路，中间部分为显示电路，右下角的是声音提示线路。
图7 倒计时电路，其显示电路及声音提示电路
其中倒计时电路采用了两块可逆双时钟BCD计数器74LS192。个位十进制，十位以置数法改为二进制，用串联进位方式连接成为二十进制计数器。与信号灯的技术方式不同，这里的计数采用减法