交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、電工學(xué) （ 少學(xué)時(shí) ）課程設(shè)計(jì)中國(guó)人民公安大學(xué)交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)1、技術(shù)指標(biāo)： 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路 , 每條道路上各配有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛禁止通行， 已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行； 綠燈表示該道路允許通行。該電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)十字路口自動(dòng)化。2. 、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求一 . 基本功能1 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求甲車(chē)道和乙車(chē)道兩條交叉道路上的車(chē)輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為 25 秒；2 要求黃燈先亮 5 秒，才能變換運(yùn)行車(chē)道；3 黃燈亮?xí)r，要

2、求每秒鐘閃亮一次基本擴(kuò)展功能1. 信號(hào)燈的倒計(jì)時(shí)2. 進(jìn)行數(shù)字顯示三特色擴(kuò)展功能1.定時(shí)控制信號(hào)周期。實(shí)際應(yīng)用：我們燈控路口的每天都存在著低峰時(shí)段（如夜間），不需要設(shè)置信號(hào)燈的周期，以便節(jié)省能源。我們?cè)O(shè)計(jì)在一個(gè)周期的某一時(shí)間段內(nèi)，將交通信號(hào)燈自動(dòng)關(guān)閉。第 8 個(gè)周期運(yùn)行，第 1-7 個(gè)周期停止運(yùn)行）實(shí)現(xiàn)手動(dòng)對(duì)關(guān)閉周期的時(shí)間控制。 （周期在 20和 40之間通過(guò)開(kāi)關(guān)控制）2. 定時(shí)控制信號(hào)周期，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)時(shí)段內(nèi)的不對(duì)稱周期。實(shí)際應(yīng)用： 我們燈控路口的每天都存在著某時(shí)段 （如兩個(gè)車(chē)道中的一個(gè)車(chē)道需要長(zhǎng)周期），便于交通。我們?cè)O(shè)計(jì)在一個(gè)周期的某一時(shí)間段內(nèi)，將交通信號(hào)燈變?yōu)椴粚?duì)稱的信號(hào)車(chē)道為 70 秒，

3、B車(chē)道為30秒）。暫時(shí)設(shè)置為（第8個(gè)的半個(gè)周期（30秒）（自動(dòng)設(shè)置為半個(gè)周期）運(yùn)行，加第 7個(gè)的上半周期（ 70秒），形成一個(gè)不對(duì)稱周期。第 7個(gè)下半周期和1-6 個(gè)周期正常運(yùn)行）目錄一、交通燈的組成二、單元電路的設(shè)計(jì)1、秒脈沖發(fā)生器.72、定時(shí)器.83、控制信號(hào)發(fā)發(fā)生器 .104. 控制綠燈顯示器 .135. 控制器 .146、附加功能（ 1 ）.177、附加功能（2）會(huì) .18總?cè)?、體結(jié)14四、鳴謝16五、參考文獻(xiàn)17一交通燈的組成交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖 12、1 所示。它主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器 和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。 秒脈沖發(fā)生器是該 系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn) 時(shí)鐘

4、信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作， 控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。圖中：TL: 表示甲車(chē)道或乙車(chē)道綠燈亮的時(shí)間間隔為 25秒，即車(chē)輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=O。TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1,否則，TY=0bST:表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。由它控制定時(shí)器開(kāi)始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。圖 12、 1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖兩方向車(chē)道的交通燈的運(yùn)行狀態(tài)共有 4 種，如圖 1-2 所示000 oo oo000000000ooeoooooe狀態(tài)2OO 2狀態(tài)3主干道主

5、干道oooooo般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:(1) 圖甲車(chē)道綠燈亮，乙車(chē)道紅燈亮。表示甲車(chē)道上的車(chē)輛允許通行，乙車(chē)道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔 TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào) ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。TY時(shí)，控制器(2) 甲車(chē)道黃燈亮，乙車(chē)道紅燈亮。表示甲車(chē)道上未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行，乙車(chē)道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔 發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。(3) 甲車(chē)道紅燈亮，乙車(chē)道黃燈亮。表示甲車(chē)道禁止通行，乙車(chē)道上的車(chē)輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。(4) 甲車(chē)道紅燈亮，乙車(chē)道黃燈亮。表示

6、甲車(chē)道禁止通行，乙車(chē)道上位過(guò)縣停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)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)換是由控制器器進(jìn)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SO、S1、S3 S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示?？刂破鳡顟B(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車(chē)道運(yùn)行狀態(tài)SO（ 00）甲車(chē)道通行，乙車(chē)道禁止通行S1 （01）甲車(chē)道緩行，乙車(chē)道禁止通行S2（ 11）S3（ 10）甲紅，乙綠甲紅，乙黃甲車(chē)道禁止通行，乙車(chē)道通行甲車(chē)禁止道通行，乙車(chē)道緩行12-3控制器工作狀

7、態(tài)及其功能控制器應(yīng)送出甲、乙車(chē)道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)合二為一，并作如下規(guī)定:AG=1甲車(chē)道綠燈亮;BG=1乙車(chē)道綠燈亮;A =1:甲車(chē)道黃燈亮;BY =1:乙車(chē)道黃燈亮;A R=1 :甲車(chē)道紅燈亮;BR=1 :乙車(chē)道紅燈亮；（A代表甲車(chē)道，B代表乙車(chē)道，G為綠燈,Y為黃燈,R 為紅燈）由此得到交通燈的 ASM圖，如 圖12-2所示。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為 SO用狀態(tài)框表示SO）,當(dāng)SO的持續(xù)時(shí)間小于 25秒時(shí)，TL=O（用判斷框表示TL），控制器保持SO不變。只有當(dāng)SO的持續(xù)時(shí)間等于25 秒時(shí),TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào) ST （用條件輸出框表示 S

8、T），并轉(zhuǎn)換到下一個(gè)工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂 ASM圖所表達(dá)的含義。12-2畫(huà)出交通燈控制器的 ASMAlgorithmic State Machine ，算法狀態(tài)機(jī)）單元電路的設(shè)計(jì)1 ）秒脈沖發(fā)生器脈沖信號(hào)發(fā)生器直接由集成元件。2）定時(shí)器定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖（由上面時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成,要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào) ST作用下，首先清零，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從零幵始進(jìn)行增1計(jì)數(shù)，向控制器提供模5的定時(shí)信號(hào)TY和模25的定時(shí)信號(hào)計(jì)數(shù)器選用集成電路兩個(gè) 74LS190D進(jìn)行設(shè)計(jì)。74LS190是10位二進(jìn)制同步12、計(jì)數(shù)器，它具有清零、置數(shù)的功能。74LS190D的外引線

9、排列圖和時(shí)序波形圖如圖4所示，其功能表如表12、2所示。190的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（LD ） 為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘 CP的狀態(tài)如何，輸出端（QCQ3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（DA D3）相一致的狀態(tài)。190的計(jì)數(shù)是同步的，靠 CP加在4個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)計(jì)數(shù)控制端（CT ）為低電平時(shí)，在 CP上升沿作用下 QA Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制（ U /D ）為低電平時(shí)進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制 U /D ）為高電平時(shí)進(jìn)行減計(jì)數(shù)。只有在CP為高電平時(shí)CT和U /D才可以跳變。190有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位/錯(cuò)位輸出端（CO/BO輸出一個(gè)低電

10、平脈沖，其寬度為 CP脈沖周期的高電平脈沖;行波時(shí)鐘輸出端（RC ）輸出一個(gè)寬度等于CP低電平部分的低電平脈沖。CTpCTT是計(jì) 圖12、2交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CC是進(jìn)位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，QA Q3是數(shù)據(jù)輸出端。由兩片74LS163級(jí)聯(lián)組成的定時(shí)器電路如圖12、4所示。74LS190D的外引線排列圖74LS190時(shí)序波形圖輸出輸入CLKU/DLOADABCDRCOQAQBQCQD000000100001101000100010011000100001表12、2 74LS190D功能表圖為計(jì)時(shí)器的構(gòu)成(兩個(gè) 74IS190D )通過(guò)對(duì)個(gè)位和十位的或門(mén)的0,輸入給load,實(shí)

11、現(xiàn)初始狀態(tài)的置數(shù)，之后將u/d接高電平，從而實(shí)現(xiàn)倒數(shù)計(jì)時(shí)。之后由30倒數(shù)至0時(shí)，或門(mén)得0,又實(shí)現(xiàn)置數(shù)功能。如此循環(huán)下去，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。(2) 控制信號(hào)發(fā)生裝置信號(hào)發(fā)生原理信號(hào)發(fā)生原理TY信號(hào)即為00的置位信號(hào)，即只需將load的接口引出即可。(3) 控制綠燈顯示器通過(guò)主控定時(shí)器控制綠燈顯示器，通過(guò)對(duì)綠燈計(jì)時(shí)器25位置產(chǎn)生信號(hào)與主計(jì)時(shí)器5位置產(chǎn)生的信號(hào)及時(shí)沖脈沖進(jìn)行與運(yùn)算，輸出信號(hào)來(lái)控制輸出信號(hào)。對(duì)時(shí)沖脈沖進(jìn)行操作。從而實(shí)現(xiàn)綠燈顯示在紅燈運(yùn)行25秒后，從而實(shí)現(xiàn)使其脈沖信號(hào)中斷5秒，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。主控計(jì)時(shí)器時(shí)間段25位置信號(hào)5位置信號(hào)輸出信號(hào)30-250失效沒(méi)有鎖定5-011鎖定000解鎖(4

12、) 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(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表12、3所示。選用兩個(gè)JK觸發(fā)器jk-ff 接入或門(mén)電路做為時(shí)序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)，J、K端由高電平控制。使用其計(jì)數(shù)功能。JK-FF外接引線表J辛A CLE -JK FF表12、3控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表J、J1K、K1TYTLQQ1ARAGAYBRBGBY111010100010110111100001111001010100110100001100根據(jù)表12、3、可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號(hào)方程，其方法是：將Q Q1和AG為1的項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中&q

13、uot;1"用原變量表示，"0"用反變量表示，然后將各與項(xiàng)相或，即可得到下面的方程:ARQ1QQQ1AGQq1AYQQ1BRQq1QQ1BGqQ!BYQQ1, 實(shí)現(xiàn)每個(gè)根據(jù)以上方程，對(duì)其化簡(jiǎn)得 AR=Q、D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值（ Q1、Q0加到D觸發(fā)器輸入端作為控制信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能。控制器的邏輯圖如圖12、5 所示。黃燈閃爍可由時(shí)鐘脈沖來(lái)解決，當(dāng)信號(hào)為 1 的時(shí)候，采用或門(mén)電路，從而使信號(hào)燈失去作用，實(shí)現(xiàn)鎖定。當(dāng)信號(hào)為 0 的時(shí)候?qū)?huì)解除鎖定。同時(shí)信號(hào)的1、0 變換，使黃燈實(shí)現(xiàn)閃爍。圖 12、5 控制器邏輯圖（5 ）附加功能（ 1）信號(hào)周期定

14、時(shí)關(guān)閉的實(shí)現(xiàn)當(dāng)信號(hào)周期傳達(dá)到給計(jì)時(shí)器時(shí)，計(jì)時(shí)器進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到8 時(shí)，輸出信號(hào)QA QB QC的值為1、1、1，經(jīng)過(guò)與門(mén)之后輸出 KL=1,再與時(shí)沖脈沖經(jīng)過(guò)與門(mén)后,將信號(hào)燈鎖住。其原理圖如下。圖為信號(hào)周期發(fā)生圖圖為輸出信號(hào)發(fā)生裝置APCD時(shí)沖攤普信號(hào)互控制信部L ：；嚴(yán)d I I .74LS32rf :-CTSti- - - 704 -2D qgM：W> CLK l-t:40n：Bq_5V：:圖為對(duì)交通燈的鎖定示意圖(6 )附加功能(2)定時(shí)控制信號(hào)周期，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)時(shí)段內(nèi)的不對(duì)稱周期通過(guò)jk觸發(fā)器的輸出端Q進(jìn)行計(jì)時(shí)，輸入到下圖所示的計(jì)數(shù)器，當(dāng)QA QBQC同為1時(shí)，計(jì)數(shù)器顯示為7從

15、而通過(guò)或非門(mén)電路輸出信號(hào) 1.如下圖所示通過(guò)信號(hào)1來(lái)控制兩個(gè)74L190D中的C端的電位，實(shí)現(xiàn)對(duì)周期的同時(shí)改變。當(dāng)信號(hào)為0時(shí)則不發(fā)生作用，周期不變。如下圖所示三.體會(huì)總結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們小組的思考和解決問(wèn)題的能力。電路原理和連接，和芯片上的選擇。鞏固數(shù)字邏輯電路的理論知識(shí),實(shí)現(xiàn)第一種附加功能方案用了 36個(gè)芯片，實(shí)現(xiàn)第二種附加功能方案用了29個(gè)芯片。對(duì)190計(jì)數(shù)器更加了解,懂得它的功能與其它芯片替換等.使D觸發(fā)器從書(shū)本上的理論知識(shí)聯(lián)系到實(shí)際，讓我更加了解它的功能.更重要的是如何將邏輯電路靈活運(yùn)用于實(shí)際生活。我覺(jué)得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn) 題老是

16、弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些觸發(fā)器的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，做了課程設(shè)計(jì)后就 完全了解其作用。雖然我們小組的交稿時(shí)間較晚，但是我們獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展功能。并在別人的 基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了基本功能的改進(jìn)。從剛幵始什么都不懂，到最后請(qǐng)教別人做到了基本 功能，然后又改進(jìn)別人的基本功能，進(jìn)而自己獨(dú)立做出擴(kuò)展功能。突然覺(jué)得得到一個(gè)好的分?jǐn)?shù)不是一件重要的事情。真正重要的是在這次設(shè)計(jì)中 學(xué)到了一些東西。不僅僅是電路上的知識(shí)，更是一種科研能力、獨(dú)立思考的能力、 對(duì)知識(shí)的熱愛(ài)。正如老師您所說(shuō)，若干年之后，可能所學(xué)的知識(shí)都忘掉了，但是這 件事永存在我們的記憶中