1、目錄1 實訓目標42 設計思路43 設計過程4 3.1方案論證43.2電路設計63.2.1秒脈沖發生器6定時器7控制器9譯碼電路10顯示部分11總原理圖124系統調試與結果125主要元件126 結論137設計心得體會138 附錄13 8.1總原理圖139參考文獻14交通燈控制電路摘要：交通信號燈常用于交叉路口，用來控制車輛的流量，提高交叉路口車輛的通行能力，減少交通事故。本交通燈設計主要由秒脈沖發生器、可變進制倒計時電路、步驟計數器電路、數據產生邏輯電路、各種門電路和譯碼顯示電路組成。秒脈沖發生器由NE555產生脈沖，可變進制倒計時電路由2塊74LS192組成，步驟計數器電路由1塊74LS16

2、1組成，數據產生邏輯由1塊74LS138組成，譯碼電路采用七段數碼管和紅黃綠燈來顯示。一 、實訓目標1通過本項目的實訓和操作，學會使用松下PLC內部部分特殊輔助繼電器、定時器、上升沿微分指令，能夠采用時間控制方法進行順序邏輯程序的編寫，掌握交通信號燈控制系統的設計、安裝和調試方法。2能夠正確編制、輸入和傳輸交通信號燈控制系統PLC控制程序。3能夠獨立完成交通信號燈控制系統PLC控制線路的安裝。4按規定進行通電調試，出現故障時，應能根據設計要求獨立檢修，直至系統正常工作。2、設計思路（1）設計可變進制倒計時電路（2）設計步驟計數器電路（3）設計數據產生邏輯電路（4）設計交通燈譯碼電路（5）設計交

3、通燈顯示時間電路3 設計過程 3.1方案論證方案一 用數電電子技術來實現交通燈控制 交通燈控制系統的原理框圖如圖1-1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發生器等部分組成。秒脈沖發生器是該系統中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。 TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。 ST：表示定時器到了規定的時間后，由控制器發出狀

4、態轉換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態的定時。    圖1-1 系統的原理框圖交通燈控制器的ASM 如圖1-3所示（1）甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規定的時間隔TL時，控制器發出狀態信號ST，轉到下一工作狀態。 （2）乙車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規定時間間隔TY時，控制器發出狀態轉換信號ST，轉到下一工作狀態。 （3）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規定的時間間隔TL時，控制器發出狀態轉

5、換信號ST，轉到下一工作狀態。 （4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續通行。黃燈亮足規定的時間間隔TY時，控制器發出狀態轉換信號ST，系統又轉換到第（1）種工作狀態。 交通燈以上4種工作狀態的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態及功能如表1、2所示，控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，并作如下表1-2規定：表1-2控制狀態信號燈狀態車道運行狀態S0（

6、00）甲綠、乙紅甲車道通行，乙車道禁止通行S1（01） 甲黃、乙紅甲車道緩行，乙車道禁止通行S3（11）甲紅、乙綠甲車道禁止通行，乙車道通行S2（10）甲紅，乙黃甲車道禁止通行，乙車道緩行AG=1甲車道綠燈亮甲車道通行BG=1乙車道綠燈亮乙車道通行AY=1甲車道黃燈亮甲車道緩行BY=1乙車道黃燈亮乙車道緩行AR=1甲車道紅燈亮甲車道禁止通行BY=1乙車道紅燈亮乙車道禁止通行由此得到交通燈的ASM圖，如 圖1-3所示。設控制器的初始狀態為S0（用狀態框表示S0），當S0的持續時間小于25秒時，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當S0的持續時間等于25秒時，TL=1，控制器發出

7、狀態轉換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態。圖1-3 交通燈的ASM圖方案二 用單片機技術來實現交通燈控制 用單片機技術來來實現交通燈控制是最容易實現的，而且該電路可靠性也很高，但是這是要求設計者要有單片機編程的基礎上才能完成設計。由于本人單片機編程基礎不是很好，所以選用了數字電子技術來實現交通燈控制。3.2單元電路的設計 秒脈沖發生器 秒脈沖發生器由NE555電路及外圍電路組成，其中R8=15K、R9=68K,C3=10uF的電阻電容值決定了脈沖寬度。既T=(R8+2R9)C2ln2當T=1S，即可湊出R8、R9、C3其中C3=0.01uF是為了保持輸出的波形的穩定。如

8、圖1-4所示， R9=68K、C3=10uF組成一個串聯RC充放電電路，在NE555的7腳上輸出一個方波信號，C3上得到一個三角波。此三角波送到NE555的2腳輸入端。由NE555內部的比較器和門電路共同作用，維持7腳上的方波信號和3腳上的輸出方波。圖1-4 秒脈沖發生器原理圖秒脈沖還可以由芯片CD4060和74LS74及其外圍電路構成如圖1-4-4，該電路選用石英晶體結構成振蕩器，在經過分頻電路得到秒脈沖。振蕩器的頻率越高，計時精度越高。如果精度要求不高也可以采用集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器以及由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。因此，該設計選著由集成電路定時器555與RC組

9、成的多諧振蕩器來產生秒脈沖。 圖1-4-4 石英晶體和分頻器構成的秒脈沖發生器定時器 定時器由與系統秒脈沖（由時鐘脈沖產生器提供）同步的計數器構成，要求計數器在狀態信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數器從零開始進行增1計數，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。計數器選用集成電路74LS160進行設計較簡便。74LS160是10進制同步加法計數器，它具有異步清零、同步置數的功能。74LS160功能表如表4-1所示。表4-1CLK RD LD EP ET工作狀態XXX 01111X0111 X X X X 0 1 X 0 1 1置零預置數 保持保持（C=0）

10、 計數表中RD是低電平有效的同步清零輸入端，LD是低電平有效才同步并行置數控制端，EP、ET是計 圖1-3 交通燈的ASM圖數控制端，CO是進位輸出端，D0D3是并行數據輸入端，Q0Q 3是數據輸出端。設計如圖1-5 圖1-5 交通燈定時器其工作原理為：由秒脈沖發生器產生的秒脈沖CLK分別送給兩個74LS160的清零端9處。如圖所示：輸入端.6分別接地.。U1的7和10由U2的11、14經過與門相與后相連。.即：只有當時11、14處產生一個高電平脈沖時才能觸發U1中的14產生脈沖。當U13C74LS04的ST信號分別送給U1和U2的LOAD。就可以得到TY和TY非是秒脈沖的5倍；TL和TL非的

11、結果是秒脈沖的25倍。除此，還可以用74LS163來實現這個定時器。但是由于該芯片不是十進制的計數器，因此在進位時要加上一個與門，設計如下圖1-5-5。因為該電路與1-5的定時電路多用了一個與門，因此不選用。 圖1-5-5 由74LS193構成的定時電路控制器控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規則控制信號燈工作狀態的轉換。列出控制器的狀態轉換表，如表1-6所示。選用兩個D觸發器74LS74做為時序寄存器產生 4種狀態，控制器狀態轉換的條件為TL和TY，當控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態時，如果TL 0，則控制器保持在00狀態；如果，則控制器轉換到Q1n+1Q0n+1 01狀

12、態。這兩種情況與條件TY無關，所以用無關項"X"表示。其余情況依次類推，就可以列出了狀態轉換信號ST。表1-6 控制器狀態轉換表根據上表可以推出狀態方程和轉換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應的輸人或狀態轉換條件變量相與，其中"1"用原變量表示，"0"用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程： 根據以上方程，選用數據選擇器 74LS153來實現每個D觸發器的輸入函數，將觸發器的現態值加到74LS153的數據選擇輸入端作為控制信號即可實現控制器的功能。控制器原理圖如圖1-7所示。圖中R、C構成上

13、電復位電路。由兩個雙多路轉換器74LS153和一個雙D觸發器74LS74組成控制器。觸發器記錄4種狀態，多路轉換器與觸發器配合實現4種狀態的相互交換。圖1-7 交通燈控制器其原理為： CLK分別送給U6A和U6B的3和11的清零端。將TY接入U4的5和U5的4和5；TY非接入U4的4。如上圖所示：74LS74兩個D觸發器作為時序寄存器產生4種狀態。選用數據選擇器74LS153來實現每個D觸發器的輸入函數，將觸發器的的現態值加到74LS153的數據選擇端作為控制信號，即可實現控制器的功能。譯碼電路譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態

14、。控制器的狀態編碼與信號燈控制信號之間的關系如表1-8所示。表中A、B代表甲、乙車道。表1-8 控制器狀態編碼與信號燈關系表Q1 Q0AG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈 BR紅燈0 01000010 10100011 00011001 1001010由秒脈沖發生器產生了周期性變化的CLK脈沖，一部分送給了定時器的74LS160芯片，另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS160芯片的情況下，通過芯片74LS10將會輸出TY、TY非；TL、TL非。即TY和TY非放大的結果是秒脈沖的5倍；TL和TL非放大的結果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號是后者的1/5。將

15、定時器輸出的TY。TY非；TL。TL非分別作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脈沖置于芯片74LS74中會輸出高低變化的電平?？刂破髦械男盘栐谒徒o由芯片74LS08組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和200歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結果最終通過小燈的正常閃爍來實現。電路圖設計如圖1-9圖1-9譯碼器部分原理圖顯示部分顯示部分由74LS48和共陰極七段數碼管組成，74LS48作為譯碼器，對74LS160的輸出信號進行譯碼，然后通過七段數碼管顯示出74LS160的計數。即交通燈需要顯示的時間。其設計如圖1-9 圖1-9 由74LS48和數碼管組成的電路4系統調試與結果（1

16、）組裝調試秒脈沖電路。（2）進行定時電路的組裝和調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行增計時，當增計時到25時，能輸電有效的定時時間到信號。（3）調試交通燈控制器以及顯示部分。 （4）判斷各部分電路之間的時序配合關系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。最終調試如下：接上電源,便可以進行交通燈控制系統的仿真，電路默認把通車時間設為25秒，甲車道方向綠燈亮，行人車輛都可自由通行；乙車道方向車道的紅燈亮，車輛禁止通行。時間顯示器從預置的0秒，以每秒增1，增到25到0時，甲道的綠燈轉換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0后時甲車道的黃燈轉換為紅燈；乙車道的紅燈轉換為綠燈。如此循

17、環下去。5主要元件集成電路：NE551片 74LS1602片 74LS082片 74LS042片 74LS1532片 74LS742片 74LS482片 5106AS2片74LS201片（74LS04芯片含有4個非門，08、20芯片同上）電阻： 200歐姆9個 15K歐姆1個 68K歐姆1個 電容： 0.01uF1片 10uF2片其他：發光二極管6個6、結論1、能實現的功能   交通燈的狀態轉換和計時時間的顯示，基本能實現甲、乙道路直行和轉彎燈的顯示功能。2、不足之處   交通燈中沒有右轉燈，用的芯片太多。7、設計心得體會開始拿到題目的時候，不知道怎么去做,因為已經有半年沒看數電了，自己對這門課的設計都不是很會，對很多的芯片的功能都不是很清楚，而且還要帶一個專升本的同學去做這個設計，所以做得特別認真。從收集資料到仿真在到做實物一共用了半個月的時間。在做PCB板的時候，花了很長的時間去布線，由于芯片太多，