交通灯控制逻辑电路上交(3)

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图3-2 555定时器内部逻辑电路

3.1.2信号灯转换器

信号灯状态与车道运行状态如下：

S0:东西方向车道的绿灯亮，车道通行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行；

S1:东西方向车道的黄灯亮，车道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行；

S2:东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道通行；

S3：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车道缓行。

用以下6个符号来分别代表东西（A）、南北（B）方向上个灯的状态： GA=1: 东西方向车道绿灯亮； YA=1：东西方向车道黄灯亮； RA=1：东西方向车道红灯亮； GB=1：南北方向车道绿灯亮； YB=1：南北方向车道黄灯亮； RB=1：南北方向车道红灯亮。

实现信号灯的转换有多种方法，现采用比较典型的方法进行设计，实现信号灯的转换工作。若选用JK触发器，则原理如下。

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3.1.3 JK触发器

设状态编码为S0=00,S1=01,S2=11,S3=10,其输出为Q1，Q2，则其与信号灯状态关系如下表所示

表3-1 试验所用主要仪器

现态 次态 输出 Q0 Q1 Q0* Q1* 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0

GA YA RA 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1

GB YB RB 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0

可以得出信号灯状态的逻辑表达式：

GA =Q1’Q0’ YA =Q1’Q0 RA =Q1

GB =Q1Q0 YB =Q1Q0’ RB=Q1’

JK触发器的输出状态是与J输入端的状态相同的，同时分析表3-1，触发器0的现态与触发器1的次态相同，触发器1的现态与触发器0的次态相反，因此可以将触发器0的输出端Q、Q’（现态）分别接触发器1的J、K输入端（次态），触发器1的输出端Q、Q’（现态）分别接触发器0的K、J端（次态），取触发器0为 、触发器1为 ，连接后的电路如下图所示：

图3-3 JK触发器连接的电路图

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3.1.4 倒计时计数器

十字路口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们更直观的把握时间。具体工作方式为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1，计数方式工作，直至减到数位“4”和“0”。十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。在倒计时过程中计数器还向信号灯转换器供模4的定时信号T4和模0的定时信号T0，用以控制黄灯的闪烁和黄灯向红灯的变换。 倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。

根据要求，采用两片74190芯片构成计数器，因为74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。采用两片74190芯片可设计成00～99的百进制计数器，再根据线路连接的改变将其连接成24进制计数器。

74190没有专用的清零输入端，但可以借助QD、QC、 QB、 QA的输出数据间接实现清零功能。

表3-2 74190的功能表

CTEN D/U CLK LOAD

A B C D QA QB QC QD

其功能表如下图所示：

0 ????? A B C D ?? 0 1

? ??? 1 减计数

0 0 1 加计数 ? ??? 1 ? 1 ? 0 0 0 0 ????要实现24s的倒计时，需选用两个74190芯片级联成一个从99到00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器，再把个位数74190芯片输出端QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9，0（0000）和9（1001）之间的QA 、QD同时由0变为1，把QA 、QD起来接在十位数74190芯片的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。则又74190芯片的功能性质可知，当个位数74190的C管脚和十位数74190的B管脚同时置1，CTEN端接低电频，加/减计数控制端D/U接高电频实现减计数，预置端LOAD接高电频时计数，接低电频时预置数。因此，工作开始时，LOAD为0，计数器预置数，置完数后，LOAD变为1，计数器开始倒计时，当倒计时减为00时，LOAD又变为0，计数器又预置数，如此循环下去。则连接后的电路如下图所示：

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图3-4 倒计时计数器电路

3.1.5 倒计时计数器与信号灯转化器的连接

倒计时计数器向信号灯转换器提供定时信号T4和定时信号T0以实现信号灯的转换。TO表示倒计时减到数“00”时（即绿灯的预置时间，因为到“00”时，计数器重新置数），此时给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把个位、十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD分别用一个4输入或非门连起来，再把这两个4输入或非门的输出用一个与门连起来。T4表示倒计时减到数“04”时，给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯不变。接法为：当减到数为“04”（0000 0100）时，把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD用一个4输入或非门连起来，个位计数器的输出端QB、QD用一个两输入或非门连起来，再把这两个或非门与个位计数器的的输出端QA、QC’用一个4输入与门连接起来。最后将T4和T0两个定时信号用或门连接接入信号灯转换器的时钟端。则连接图如下图所示：

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图3-5交通灯信号控制器电路图

3.1.6 黄灯闪烁控制

要求黄灯为闪烁状态，即黄灯0.5秒亮，0.5秒灭，故用一个频率为1赫兹的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连接至黄灯。在3.1.1中已用555定时器连接成了频率为1赫兹的多谐振荡器。

3.1.7 白天夜间模式的转换

根据任务书的要求，要用一个手动开关来控制白天模式与晚上模式的改变。由经过修改之后的组合逻辑电路输出与输入的表达式可以看出，白天与夜间模式的转换由单刀双掷开关与与门或或门控制。当开关接上边时为白天工作模式，开关接地时为夜晚工作模式。则电路连接如下图3-5所示：

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