交通信號燈控制邏輯電路設(shè)計

1、交通信號燈控制電路的設(shè)計 一、設(shè)計任務(wù)與要求 1、任務(wù)用紅、黃、（1）主干道、支干道交替通行；（2）主干道放行時間較長（設(shè)為48s），支干道放行時間較短（設(shè)為32s），倒計時顯示；（3）每次綠燈最后閃亮4s，接著黃燈閃亮4s，然后變紅燈；（4）電源：220V/50HZ（5）采用中小規(guī)模集成電路設(shè)計，畫出總體電路原理圖。 2、要求畫出電路的組成框圖，用中、小規(guī)模集成電路進行設(shè)計與實現(xiàn)用EAD軟件對設(shè)計的部分邏輯電路進行仿真，并打印出仿真波形圖。對設(shè)計的電路進行組裝與調(diào)試，最后給出完整的電路圖，并寫出設(shè)計性實驗報告。二、設(shè)計原理和系統(tǒng)框圖 （一）設(shè)計原理 1、分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖交通信號

2、燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖信號發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和該系統(tǒng)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(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖1 交通燈控制電路設(shè)計框圖圖中：Tl：表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25s，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5s。定時時間到，Ty=1,否則，Ty=0。St：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。它一方面控制定時器開始下一個工作狀態(tài)的定

3、時，另一方面控制著交通信號燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換。2、 畫出交通信號燈控制器ASM圖 （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(guī)定的時間隔TL時控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （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(xù)通行乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （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(guī)定的時間間隔TL時控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （4）甲車道紅燈亮乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止同行，乙

4、車道上未位過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第1種工作狀態(tài)。 交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器進行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)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(tài)及功能如表1所示控制器應(yīng)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(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定控制狀態(tài)和信號燈狀態(tài)下，車道的運行狀態(tài)： S000甲綠、乙紅 甲車道通行、乙車道禁止通行 S101甲黃、乙紅 甲車道緩行、乙車道禁止通行 S311甲紅、乙綠 甲車道禁止通行、乙車道通行

5、 S210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 BR=1 乙車道紅燈亮，乙車道禁止通行狀態(tài)變化如下表所示:控制器應(yīng)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(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定：AG=1：甲車道綠燈亮;BG=1:乙車道綠燈亮；AY=1：甲車道黃燈亮；BY=1：乙車道黃燈亮；AR=1：甲車道紅燈亮；BR=1：乙車道紅燈亮；由此得出交通信號燈的AMS圖，如圖2所示： 圖2 交通信號

6、燈的AMS圖三、單元電路的設(shè)計 1、秒脈沖信號發(fā)生器本實驗采用555定時器組成秒脈沖信號發(fā)生器。取，R1取68，R2取15，則電路的輸出脈沖頻率，電路圖如圖所示： 圖3 秒脈沖信號發(fā)生器2、定時器定時器由與系統(tǒng)的時鐘脈沖產(chǎn)生器提供的同步計數(shù)器構(gòu)成，要求計數(shù)器在狀態(tài)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(shù)器從零開始進行增1計數(shù)，向控制器提供5s的定時信號Ty和25s的定時信號TL。計數(shù)器選用集成電路74LS163進行設(shè)計較簡便，74LS163是10進制同步加法計數(shù)器它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163管腳圖如圖4所示 74LS163圖4 74LS163管腳圖交通燈定時電

7、路：圖5 交通燈定時電路其工作原理為由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖CLK分別送給兩個74LS163的清零端9處。如圖所示，輸入端3.4.5.6分別接地。U1的7和10由U2的11、14經(jīng)過與門相與后相連。即只有當11、14處產(chǎn)生一個高電平脈沖時才能觸發(fā)U1中的14產(chǎn)生脈沖。當HD74LS00的ST信號分別送給U1和U2的LOAD。就可以得到和是秒脈沖的5倍和的結(jié)果是秒脈沖的25倍3、控制器控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表3所示。選用兩個D觸發(fā)器HD74LS74做為時序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當控制

8、器處于Q1n+1Q0n+1=00狀態(tài)時，如果TL=0，則控制器保持在00狀態(tài)，如果則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1=01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關(guān)，所以用無關(guān)項"X"表示。其余情況依次類推，就可以列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。其輸入輸出狀態(tài)變化如下表所示：表2 控制器狀態(tài)變化編碼表根據(jù)上表可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程，其方法是將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)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(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來實現(xiàn)每個D

9、觸發(fā)器的輸入函數(shù)。將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號，即可實現(xiàn)控制器的功能，控制原理圖如圖6： 圖6 交通燈控制器原理圖 圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路。由兩個雙多路轉(zhuǎn)換器74LS153和一個雙D觸發(fā)器HD74LS74組成控制器。觸發(fā)器記錄4種狀態(tài)，多路轉(zhuǎn)換器與觸發(fā)器配合實現(xiàn)4種狀態(tài)的相互交換。 4.譯碼器 譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表3所示。表3 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表Q1Q0狀態(tài)AG AY ARBG BY BR001 0 00 0 1010 1

10、 00 0 1110 0 11 0 0100 0 10 1 0 根據(jù)上表中信號燈與Q0Q1的狀態(tài)編碼，可以到輸出方程：， 由于黃燈需要5s閃爍，需要接入脈沖信號：，。給定的器件中沒有與門，故將其全部取反得：， ，得到的信號燈狀態(tài)均為低電平有效，所以全部反接。如下圖所示：圖7 交通燈譯碼電路4、 電路測試數(shù)據(jù)和結(jié)果1、555定時器輸出的時鐘脈沖信號圖8 555定時器輸出的時鐘脈沖信號 2、74LS74各輸出管腳的波形圖9 74LS74各輸出管腳的波形3、各路信號燈電平變化情況圖10 A、B兩路紅、黃、綠信號燈的電平變化情況5、 結(jié)束語 1.系統(tǒng)綜述通過分析交通燈控制系統(tǒng)的要求可知，整個系統(tǒng)主要由

11、秒脈沖信號發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼顯示器構(gòu)成。其中，秒脈沖信號發(fā)生器由555定時器構(gòu)成；定時器由兩片4位可預(yù)置二進制計數(shù)器74LS163芯片、三片D觸發(fā)器及若干與非門共同組成；控制器由三片數(shù)據(jù)選擇器74LS153及兩片雙D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成。主控制器和定時計數(shù)器必須使用同一脈沖信號，譯碼電路輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作。控制電路是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時計數(shù)電路和譯碼驅(qū)動電路的工作能夠?qū)崿F(xiàn)交通燈四種狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。 2.總結(jié)及心得體會 這次課程設(shè)計歷時一個星期，通過這一個星期的課程設(shè)計，我們團隊成員都發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，找出了在模擬電路和數(shù)字電路知識上的很

12、多漏洞，也看到了自己的在動手實踐方面還缺乏經(jīng)驗，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。在課程設(shè)計過程中，光有理論知識是不夠的，還必須懂一些實踐中的知識。這次的課程設(shè)計也讓我看到了團隊的力量，我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。剛開始的時候，我們就分配好了各自的任務(wù)，分別是555秒脈沖信號發(fā)生器及定時器電路的設(shè)計、控制電路的設(shè)計、譯碼電路的設(shè)計；然后我們積極查詢相關(guān)資料，并且經(jīng)常聚在一起討論各個方案的可行性；最后我們設(shè)計電路圖，焊接電路板，檢修線路，調(diào)試電路。在課程設(shè)計中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個

13、工作失敗，團結(jié)協(xié)作是我們成功的一項非常重要的保證，而這次設(shè)計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。本次課程設(shè)計也鞏固和加深了我對電子線路基本知識和理解，提高了綜合運用所學知識的能力，增強了根據(jù)課程需要選學參考資料，查閱手冊、圖表和文獻資料的自學能力。然后深入研究，提出方案，對比后得出最終的可行方案。同時我也初步學習到了關(guān)于課程設(shè)計的基本方法、步驟和撰寫設(shè)計論文的格式。為完成這次課程設(shè)計，我們大家確實很辛苦，幾乎所有課余時間都花在了這件事情上，但苦中仍有樂，和團隊人員這一周多的一起工作的日子，我們相互幫助、默契配合，知識上收獲的良多，精神上的豐收更加可喜，讓我們知道了學無止境的道理，我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有，這次課程設(shè)計必將成為我們?nèi)松猛旧弦欢畏浅Ｃ篮玫幕貞洠?、 參考文獻1 陳大欽，羅杰.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗（第三版）M電子電路實驗、設(shè)計及現(xiàn)代EDA技術(shù). 北京：高等教育出版社，2008.62 楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）M.北京：高