简易交通灯电路设计实验详解
简易交通灯电路设计实验详解
交通灯控制系统是城市交通管理的重要组成部分，其设计涉及到数字电子技术中的计数器、译码器等知识点。本文将详细介绍一个简易交通灯电路的设计过程，包括实验目的、原理、步骤、结果及改进建议。
一、实验目的
- 熟悉中规模集成电路计数器的功能及应用；
- 了解数字电路实验箱中的译码显示功能。
二、实验原理
城市交通信号灯是保证交通路口交通安全的重要基础设施，为了保证交叉路口车辆、行人安全有序地通过，都设有指挥信号灯。交通信号灯的出现可以有效地疏导交通、减少交通事故。
在交叉路口的每个方向上设置红绿交通信号灯组成。
通行规则设定为：
（1）本实验简化交通信号控制为两个控制方向（东–西方向和南–北方向）。
（2）某个方向红灯亮时表示此方向禁止车辆通过路口；
（3）绿灯亮表示该方向车辆可以通行，其他方向不能通行。
（4）黄灯亮表示该方向车辆可以通行，其他方向不能通行。
（5）其他方向的交通信号灯的设置不能与此交通信号灯冲突。即该方向为绿灯时，
其他方向应该为红灯。
基本工作原理：
（1）实验利用信号发生器产生 1s 宽度的时钟脉冲信号。
（2）设置交通信号灯红绿等时间
（3）利用计数器产生交通信号灯红、绿、黄灯的时间。
（4）根据下表规则设置交通信号灯。输出交通信号亮灭控制信号
设计一交通灯控制电路以控制两组交通灯的状态转换，指挥车辆安全通行
红绿灯规则表：
三、实验步骤
（一）实验内容
设计一个简易交通灯控制电路，由3个输出端分别表示红、黄、绿三灯，交通灯亮的顺序是红、黄、绿、黄、红依次循环；
三种灯亮的时间是红、绿黄灯每次亮30s，黄灯每次亮10s。
（二）实验步骤
根据实验要求分别设计符合要求的定时电路模块。（仿真测试）
设计满足实验控制要求的逻辑电路，并仿真测试通过。
在实验箱连接实验线路
记录实验结果
四、实验结果
本次实验接线大概思路：首先用74ls161芯片U2来计数，将输出连到显示器U5，表示交通时间的个位数，在输出完9后将自己清零且传入一个CP信号到另一个74ls161芯片U1，这个芯片的输出连到显示器U4，表示时间的十位数，在输出完8后将自己清零，而这个74ls161芯片U1的输出还连接到三-八译码器74ls138芯片U10，在计数分别为3、4、7、8时分别将信号传出到六个灯上，改变红绿灯的状态，由此实现本次实验的交通信号灯。
仿真测试（此图为东西方向上通车）：
实验课接线：
测试结果真值表：
五、讨论分析（思考）
经过讨论，在车流量较大时，如果南北向或东西向的红绿灯状态相同，即两个方向都可以通车，那很容易造成交通混乱，所以可以改进为四个方向分别轮流通车。
六、改进实验建议
如讨论分析中所说的可以改进为4个方向轮流通车，首先在一个方向上通完车后传入一个信号到下一个方向，改变下一个方向的红绿灯状态，如此循环往复即可实现。
可以在电路中添加开关，使得交通灯可以在手动和自动模式间切换。在手动模式下，可以通过按钮控制交通灯状态，这样可以模拟交通警察或者交通信号控制员的操作。在自动模式下，则按照原有设计运行。