电子技术实验实验报告（九）
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实验报告（九）
本实验是实现对十字路口交通控制灯的设计，
要求东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，东西通车30s ；东西方向黄灯闪烁，南北方向红灯亮，时间2s ；
南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，南北通车30s ；南北黄灯闪烁，东西方向红灯亮，时间2s ；
继续重复以上步骤。
三、方案论证
方案一：基于时钟数字芯片电路
利用时钟数字芯片产生时钟信号，用计数器芯片及常用门电路构建交通灯状态机电路。 方案二：基于单片机的交通灯 利用单片机作为控制系统，通过编程实现对交通灯时序的控制。 方案三：基于Multisim 的交通灯
用Multisim 来仿真操作简单，可视化程度高，容易检查出电路错误，以便及时修改
综合以上几种方案，时钟芯片电路的设计过于复杂繁琐，在实际设计中容易出错；单片机方案虽然简洁，但是跟我们这门课关系不大；而Multisim 的方案既简单，又合数字电路有很大的关系，是一种利用软件设计硬件的新方法，简单易行，且易于修改调试，所以本项目选择方案三。
四、电路原理简介：
（1）分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中：
T L ：表示东西方向或南北方向绿灯亮的时间间隔为30秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，T L =1，否则T L =0。
T Y ：表示黄灯亮的时间间隔为2秒。定时时间到，T Y =1，否则，T Y =0。
S T ：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号，由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。
T L T Y S T
图1 交通灯控制系统原理框图
（2）画出交通灯控制系统的ASM （算法状态机）图
一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1：
表1
秒脉冲 发生器
控制器
译码器
定时器
东西方向车道信号灯
南北方向车道信号
0 1
1
1
0 1
控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：
AG=1：东西绿灯亮；BG=1：南北绿灯亮；
AY=1：东西黄灯亮；BY=1：南北黄灯亮；
KU波可调电衰减器
AR=1：东西红灯亮；BR=1：南北红灯亮。
由此得到交通灯的ASM图，如图2所示：
图2交通灯控制系统的ASM图
（3）单元电路的设计
①定时器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号S T作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模2的定时信号T Y和模30的定时信号T L。
dc-ac
②控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表2所示：
表2
输入输出
现态状态转换条件次态状态转换信号
n Q
1
n
Q
T L T Y11+n Q1
+
n
Q S
鞋架T
0 0 0 0 0 1
0 1
1 1 1 1 1 0 0 X
1 X
X 0
X 1
0 X
1 X
asmkX 0
0 0
0 1
0 1
1 1
1 1
1 0
1 0
1
1
1
控制器状态信号灯状态车道运行状态
S0(00) S1(01) S3(11) S2(10) 东西绿，南北红
东西黄，南北红
东西红，南北绿
东西红，南北黄
东西通行，南北禁止通行
东西缓行，南北禁止通行
东西禁止通行，南北通行
东西禁止通行，南北缓行
AG BR
S T
T L
AR BY
AR BG
A Y BR
T Y
T L
T Y
S T
S T
S T
1 0 X 1 0 0 1
根据转换表可得：
Q1*=Q1’Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0’Ty ’
Q0*=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0+Q1Q0Tl ’
ST=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0’Ty ③译码器
译码器的主要任务是将控制器的输出Q 1、Q 0的4种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
表3 Q 1Q 0
AG AY AR BG BY BR 00 01 11 10
1 0 0 0 1
0 0
0 1 0 0 1
0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0
根据表格可得：
三维激光扫描技术AG=Q1’Q0’ A Y=Q1’Q0 AR=Q1 BG=Q1Q0 BY=Q1Q0’ BR=Q1’ 五、单元电路的设计： 1、脉冲发生器的设计
以555定时器接外接电路形成多谢振荡器，发出频率为1Hz 的脉冲信号，用作计数器及D 触发器的clk 信号。555定时器引脚图如图1所示，由脉冲频率公式：
f=1／（R 1+2R 2）C ㏑2
要使f=1Hz ，可选择R1=55K ，R2=47K ，C=10μF ，形成电路图如图2所示。
图1 图2 2、计数电路的设计
用74ls163为计数器，74ls163为四位的二进制加法计数器。要产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY，需将输出分别接成24及4的输出，由控制电路产生并选择清零信号ST。74ls163引脚图如图3所示，计数电路如图4所示。
图3 图4
3、控制电路的设计
用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行选择，输出控制清零信号ST；另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。74ls153、74ls74引脚图如图5、6所示，控制电路如图7所示。
肥皂生产设备
图5 图6
