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信号灯红绿灯电子电路设计
７
电子电路课程设计报告
课题名称
十字路口自动红绿灯指挥系统
课题编号
8
学院（系）
机械与能源工程学院
专 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

２
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
３
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
４
以上是信号灯基本功能，以下为扩展功能
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计数方式，即每次计数从19开始一直到00，故满足每个路口20秒的绿灯时间。
显示电路模块采用了DCD_HEX_BLUE数码显示管。由于基本功能和扩展功能分离的设计带来了更多的芯片，这里不再使用7段数码管，以免增加至少两个七段显示译码器，造成电路面积的冗余。而DCD_HEX系列的显示管内置了译码器，所以不用译码器的配合，而引脚也从7+1个减少至3个，接线方便。
声音提示电路由或门控制，在倒计时进入最后三秒时，计数器个位的三四位为0，计数器十位为0，仅此时或门输出低电平，蜂鸣器导通，发声提示，直到计数器十位置数以后，或门输出高电平，蜂鸣器停止工作。
５
总体结构框图
图8 总体结构
６
存在问题及改进方法
信号灯的点亮与熄灭时间是定死的，如果其等待时间需要作出调整，将极为不便。
解决方案：增加编码器，通过编码器能实现对预置时间更复杂的控制。
由于基本功能和扩展功能是分离式的设计，扩展功能故障不会引起基本功能的运作。但一旦基本功能故障，扩展功能将会继续工作。在没有信号灯工作的路口，仅仅显示倒计时数字和声音提示，这恰恰是一项没有意义的工作。
解决方案：增加基本功能的故障检测电路，一旦检测到信号灯无法正常工作，强迫扩展功能停止工作。分离式设计在扩展功能入口预留了开关，仅需将故障检测输出与该开关相关联即可。
3. 倒计时只有一种颜色，无法区分红绿灯。
解决方案：增加判断电路，采取不同颜色的数码显示管。绿灯时，使用绿色或蓝色倒计时数码显示管，红黄灯时采用黄色或橙色带有警戒意义颜色的倒计时数码显示管。
五、参考资料及网站
1.