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十字路口交通燈控制實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)要求
1、設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制電路，要求主干道與支干道交替通行。主干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，時(shí)間為20秒。 支干道通行時(shí)，支干道綠燈亮，主干道紅燈亮，時(shí)間為10秒。
2、每次綠燈變紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5秒鐘。此時(shí)另一路口紅燈也不變。
3、黃燈亮?xí)r，要求黃燈閃爍，頻率為1Hz。
二、分析
（1）電路采用倒計(jì)時(shí)電路，則必須有秒脈沖發(fā)生器，而第3個(gè)要求：黃燈閃爍時(shí)，頻率為1Hz,可知閃爍的頻率實(shí)際也可以由秒發(fā)生器來提供，這樣電路可以得到簡化。
（2）主干道綠燈和支干道紅燈亮20秒，同時(shí)主干道紅燈和支干道綠燈是不亮的；主干道紅燈和支干道綠燈亮10秒，同時(shí)主干道綠燈和支干道紅燈也是不亮的，因此在這里可采用觸發(fā)器來控制紅綠燈變換，每接收一個(gè)脈沖，紅綠燈交替即可。
（3）倒計(jì)時(shí)可采用CD40192來實(shí)現(xiàn)，兩位計(jì)數(shù)用的數(shù)碼管，則需要2個(gè)計(jì)數(shù)器和2個(gè)譯碼器，在這里可采用通用的CD4511作為譯碼器。
（4）最難設(shè)計(jì)的是20秒和10秒交替如何實(shí)現(xiàn)呢？計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)變成2個(gè)（10秒和20秒），若采用2組計(jì)數(shù)器，則控制無法統(tǒng)一，若采用一組計(jì)數(shù)器，每個(gè)紅綠燈變換周期都要有2次預(yù)置數(shù)的更替，這個(gè)問題能夠解決，設(shè)計(jì)就會實(shí)現(xiàn)。在這里可采用紅綠燈變換的同時(shí)，由觸發(fā)器發(fā)出更新預(yù)置數(shù)指令的方法，這樣可圓滿達(dá)到設(shè)計(jì)目的。
三、實(shí)驗(yàn)原理介紹
電路參考如圖1所示，整個(gè)電路由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器電路、數(shù)碼管驅(qū)動電路、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、檢測控制電路組成。秒脈沖發(fā)生器由NE555和R10、R1、C1等元件組成，為了便于觀察效果，這里的秒脈沖發(fā)生器稍快一些，增大R1或C1都可以減慢計(jì)數(shù)速度。秒脈沖由NE555的第3管腳輸出，一路直接輸入CD40192作為計(jì)數(shù)脈沖，另一路經(jīng)過R9、VT7控制黃燈的閃爍。
CD40192是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，有正計(jì)時(shí)和倒計(jì)時(shí)功能，脈沖信號由4管腳接入則實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能（由5管腳接入會實(shí)現(xiàn)正計(jì)時(shí)），P3、P2、P1、P0是預(yù)置數(shù)輸入端口，11管腳高電平，處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，11管腳低電平，計(jì)數(shù)器則會讀入預(yù)置數(shù)，可知20秒和10秒就是由這個(gè)端口讀入的，預(yù)置數(shù)中不管是20還是10，個(gè)位數(shù)都是0，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器更新預(yù)置數(shù)，其實(shí)只需更新十位數(shù)就可以，將“2”換成“1”，或者將“1”換成“2”，這個(gè)功能是由三極管VT4和VT5來實(shí)現(xiàn)的，計(jì)數(shù)器由Q3、Q2、Q1、Q0端口輸出，后面經(jīng)譯碼器驅(qū)動七段數(shù)碼管顯示時(shí)間。
在整個(gè)電路中至關(guān)重要的是檢測控制電路，它主要是由二極管和三極管構(gòu)成，每當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出0的時(shí)候，其13管腳會輸出借位信號，假如U3、U4同時(shí)輸出借位信號，則意味著此時(shí)數(shù)碼管正好顯示“00”，恰好是紅綠燈交替時(shí)刻，由此可知，正是D2、D3檢測到信號，并將這個(gè)信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，通過VT2、VT3傳送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，這個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由74LS74和R8C2組成，第5、6管腳是輸出端，一路控制主干道綠燈和支干道紅燈，另一路控制主干道紅燈和支干道綠燈。除了D2D3剩余的7只二極管（4148）用于檢測電路是否是“00-05”，如果是的話，三極管VT6截止，秒脈沖通過三極管VT7控制黃燈處于閃爍狀態(tài)。
說明：
1、上電后，如果數(shù)碼管顯示“99”或者比較大的數(shù)，可按下復(fù)位按鍵，計(jì)數(shù)器會從“20”或“10”開始計(jì)數(shù)，經(jīng)半個(gè)周期，電路進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
2、數(shù)碼管采用共陰極接法，3、8管腳是公共端（負(fù)極）。
3、CD4511 是一片 CMOS BCD譯碼器（驅(qū)動器），用于驅(qū)動共陰極 LED 數(shù)碼管。ABCD：二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端；/BI：輸出消隱控制端；LE：數(shù)據(jù)鎖定控制端；/LT：燈測試端；Ya~Yg：數(shù)據(jù)輸出端；VDD：電源正；VSS：接地。
5、本電路5-10伏直流電源均可正常工作。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1、分析題目任務(wù)
2、熟悉參考電路里面所有電子元器件，查閱芯片手冊，掌握芯片功能、引腳定義、電源要求、典型電路（建議仿真典型電路，輔助掌握芯片的工作原理）。
3、按照信號的流向分模塊進(jìn)行功能仿真。
仿真原理圖如下（Multisim仿真工程文件可到本帖附件中下載）
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