交通燈控制器的設(shè)計.docx

1、電子設(shè)計自動化實(shí)訓(xùn)說明書題目：交通燈控制器的設(shè)計系部：信息與控制工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程班級：06級1班學(xué)生姓名：朱清美學(xué) 號:06031340115指導(dǎo)教師：張建軍2009年12月21日目 錄1摘要12設(shè)計任務(wù)與要求23設(shè)計原理及框圖24單元電路設(shè)計及仿真調(diào)試44.1狀態(tài)控制器的設(shè)計44. 2狀態(tài)譯碼器設(shè)計及仿真調(diào)試64. 3定時系統(tǒng)設(shè)計及仿真調(diào)試74. 4秒脈沖發(fā)生器設(shè)計105個人總結(jié)116參考文獻(xiàn)111摘要：分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合城鄉(xiāng)交通的實(shí)際情況闡述了4. 4秒脈沖發(fā)生器設(shè)計產(chǎn)生秒脈沖信號的電路有多種形式，本設(shè)計中利用555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生 秒脈沖信號

2、。電路見圖八，電路的輸出脈沖周期0.7 (R2+2RJ G，調(diào)節(jié)&使輸出 脈沖周期為lSoSisSis圖八交通燈控制器整機(jī)電路5個人總結(jié)總之，這次實(shí)驗(yàn)我收獲頗多。實(shí)踐是獲得知識的一種最好的手段！但是，實(shí)際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機(jī)的, 還經(jīng)常受人為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道路有效應(yīng)用時間的浪費(fèi)，出現(xiàn)綠 燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當(dāng)前道路上交通車輛數(shù)的實(shí)際情況變化, 其最大的缺陷就在于當(dāng)路況發(fā)生變化時，不能滿足司機(jī)與路人的實(shí)際需要，輕者造成 時間上的浪費(fèi)，重者直接導(dǎo)致交通堵塞，導(dǎo)致城市交通效率的下降。據(jù)了解，目前有 一種使用“模糊控制

3、技術(shù)控制交通等的方法。能夠根據(jù)十字路口兩個方向上車輛動 態(tài)狀況，自動判斷紅綠燈時間間隔，以保證最大車流量，減少道口的交通堵塞，但是 卻不像定時控制，能用數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時間，以便于駕駛員隨時掌握自 己的駕駛動作，及時停車或啟動。假設(shè)將二者綜合起來考慮，加以設(shè)計必定會得到更 好的效果。6參考文獻(xiàn)1 藍(lán)運(yùn)維.基于FPGA的交通燈控制系統(tǒng)的仿真J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2006 :125-129.2 何峰.基于Verilog HDL設(shè)計的交通燈控制系統(tǒng)J.現(xiàn)代電子技 術(shù),2005(8) : 103-107.3 路而紅.專用集成電路設(shè)計與電子設(shè)計自動化M.北京：清華大學(xué)出版社, 2004.4 孫凌翔

4、，陳世和,李勁松.順序控制法在交通燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J,現(xiàn)代 電子技術(shù)，2006 (10)： 26-27.5 王成勇.智能交通燈控制系統(tǒng)J.廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,2006 (4)： 92-94.6 陳勝利.PLC在控制交通信號燈中的應(yīng)用J.機(jī)電一體化,2003(9)： 85-87.7 李靜.單穿插口交通燈信號模糊控制及其仿真J.微計算機(jī)信息，2006, 22 (3-1) :33-38.指導(dǎo)教師評語:成績:指導(dǎo)教師簽字:交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電 路設(shè)計方案。 關(guān)鍵詞：交通控制 交通燈 時間發(fā)生器 定時器1引言隨著社 會經(jīng)濟(jì)的開展，城市交通問題越來越

5、引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)， 己成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城山交通控制系統(tǒng)是用于城市交通 數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通 監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成局部。隨著城市機(jī)動車量的不斷增加，許多大城市如 北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些 城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建立完成的初期，它們也曾有效地改善了 交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高 速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城 市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普

6、通道路耦合處交通狀況的制約。所以， 如何采用適宜的控制方法，最大限度利用好消耗巨資修建的城市高速道路，緩解主 干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī) 劃部門亟待解決的主要問題。為此，筆者進(jìn)展了深入的研究，以下就城鄉(xiāng)交通燈控 制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計計算和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問題來進(jìn)展具體分析討論。2設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計一個十字路口交通燈信號控制器，要求如下：1. 主、支干道交替通行，主干道每次放行30s,支干道每次放行20s。2. 綠燈亮表示可通行，紅燈亮表示制止通行。3. 每次綠燈變紅燈時，黃燈先亮5s。4. 在黃燈亮?xí)r，原紅燈按1Hz的頻率閃爍。5. 十字路口的交通燈要

7、有數(shù)字顯示，作為等候時間提示。要求主、支干道通行時間及 黃燈亮的時間均以秒為單位作減計數(shù)。3設(shè)計原理及框圖十字路口的交通燈指揮著行人和各種陳車輛的平安通行。有一個主干道和支干道的十 字路口，如圖1所示。主圖一兩條支干道上都設(shè)置了紅、綠、黃3色信號燈。紅燈表示制止通行，綠燈表示可以通 行，在綠燈變紅燈時先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓停車線一外的車輛體制運(yùn)行。因?yàn)?主干道上的車輛多，所以放行的時間要長。要實(shí)現(xiàn)上述交通信號燈的自動控制，那么要求控制電路由秒脈沖信號發(fā)生器、計 數(shù)器、狀態(tài)控制器、信號燈譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動電路幾局部組成。整機(jī) 電路的設(shè)計框圖如圖2所示圖二交通燈控制系統(tǒng)組成框圖狀態(tài)

8、控制器用于記錄十字路口交通燈的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對主、支干道車輛運(yùn)行狀 態(tài)的控制。狀態(tài)譯碼器根據(jù)狀態(tài)控制器所處的狀態(tài)，通過狀態(tài)譯碼器分別驅(qū)動點(diǎn)亮相 應(yīng)的信號燈，指揮主、支干道的行人和車輛。通過減法計數(shù)器對秒脈沖信號作減計數(shù), 完成計時任務(wù)，到達(dá)控制每一種工作狀態(tài)持續(xù)時間的目的。減法計數(shù)器的回零脈沖控 制狀態(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個工作狀態(tài)，決定計數(shù)器 卜一次減計數(shù)的初始值。減法計數(shù)器的狀態(tài)由BCD碼譯碼器譯碼，驅(qū)動數(shù)碼管顯示。 在黃燈亮期間，狀態(tài)譯碼器將秒脈沖引入紅燈控制器，使紅燈閃爍。4單元電路設(shè)計及仿真調(diào)試4.1狀態(tài)控制器的設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，因主干道和支干道各有3種燈（

9、紅、黃、綠），它們在正常工作 時，發(fā)亮的燈只有4種可能的組合：主綠燈亮，支紅燈亮，主干道通行；主黃燈亮, 支紅燈閃爍，主干道停車；主紅燈亮，支綠燈亮，支干道通行；主紅燈閃爍，支黃燈亮支干道停車。各信號燈的工作順序流程如圖三所示。30s未到5s未到20s未到5s未到圖三交通燈工作順序流程圖信號燈4種不同的狀態(tài)分別用SO、SI、S2、S3表示，其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖四所示。圖四交通燈狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖由圖四可知其顯然是一個2位二進(jìn)制計數(shù)器，可采用多種中規(guī)模集成計數(shù)器來實(shí) 現(xiàn)。本電路采用74LS161的4位二進(jìn)制計數(shù)器直接利用其低位構(gòu)成2位二進(jìn)制計數(shù)器 來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，電路如圖9五(a)所示

10、。將狀態(tài)控制器創(chuàng)立為子電路。分別在各端口接入輸入/輸出端口，注意端口的左 右放置，朝左放置是輸入端口，朝右放置是輸出端口，然后將電路全選，選擇 Place/Replace by Subcircuit菜單命令，在彈出的對話框中輸入子電路名稱 statecontrol,創(chuàng)立的子電路如圖五b)所示，RC1是來自減法計數(shù)器的控制脈沖 輸入端，Q,和Q是控制信號輸出端。(a)RC1Q201Statecontrol4. 2狀態(tài)譯碼器設(shè)計及仿真調(diào)試主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態(tài)主野決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。它們 之間的關(guān)系見真值表一。對于信號燈的狀態(tài)，族示燈亮，0表示燈滅。表一信號燈信號狀態(tài)真值表根據(jù)真

11、值表，可求出各信號燈的邏輒函數(shù)表達(dá)式為:狀態(tài)控制器輸出主干道信號燈支干道信號燈QzQ.R （紅）Y （黃）G綠）r紅）y （黃）G綠）00001100010101001010000111100010R=Q2Ql+Q2Ql=Q2R=Q2Y=Q2Q£Y=Q2QiG=Q2QiG=Q2QiR=Q2Qi+Q2Qi=Q2r=Q2=Q2y=Q2Qi y=Q2Qig=Q2Qi g=Q2Qi選擇發(fā)光二極管來模擬交通燈，狀態(tài)譯碼器仿真電路如圖六所示，其中XI是狀態(tài)控 制器子電路。由于門電路帶灌電流的能力一般比帶拉電流的能力強(qiáng)，故當(dāng)顯示電路設(shè)計的是輸出低 電平時，會點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管。再考慮到設(shè)計任務(wù)要

12、求，當(dāng)黃燈亮?xí)r，紅燈按 1Hz的頻率閃爍。從信號燈的信號狀態(tài)真值表中可以看出，當(dāng)黃燈亮?xí)r，Qi必為高電 平，而紅燈點(diǎn)亮信號與Q無關(guān)?？衫肣信號控制一個三態(tài)門電路74LS125,由于 74LS125的使能端是低電平有效，所以將Q引入到使能端。當(dāng)黃燈亮?xí)r，Qi為高電平, Q為低電平，使能端有效，將秒脈沖信號引到驅(qū)動紅燈的與非門輸入端，使紅燈在黃 燈亮期間閃爍；否那么，將秒脈沖信號隔離，紅燈信號不受黃燈信號控制。圖9-24 所示的仿真電路中，為了快速仿真，來自減法計數(shù)器的控制脈沖用了 100Hz的脈沖信 號仿真，故秒信號采用了 1kHz的脈沖信號仿真，故秒信號采用了 1kHz的信號仿真。圖六交通燈

13、狀態(tài)顯示仿真電路4. 3定時系統(tǒng)設(shè)計及仿真調(diào)試根據(jù)設(shè)計要求，交通燈控制系統(tǒng)要有一個能自動置入不同定時時間的定時器，以 完成30s、20s及5s的定時任務(wù)。該定時器由兩片74LS190構(gòu)成兩位十進(jìn)制可預(yù)置數(shù) 減法計數(shù)器完成；時間顯示由兩片74LS248和兩個共陰數(shù)碼管對減法計數(shù)器進(jìn)展譯碼 顯示；預(yù)置減法計數(shù)器的時間通過三片8路三態(tài)門74LS245選通端DIR高電平有效。 三片74LS245的輸入數(shù)據(jù)分別接30、20、5三個不同的數(shù)據(jù)，由狀態(tài)控制器的輸出信 號控制在不同狀態(tài)時分別選通74LS245來實(shí)現(xiàn)置入不同的數(shù)據(jù)，狀態(tài)控制如表二所 示。表二狀態(tài)控制表狀態(tài)Q2 Q1DIR30DIR20DIR5s

14、o0 0100S10 1001S21 0010S31 1001根據(jù)表二可知狀態(tài)控制邏輯表達(dá)式為:DI R30=Q2Qj=Q2+QiD I R20=Q2Ql=Q2+QlDIR5=Q2Qi+Q2Qi=Qi將DIR30送到輸入數(shù)據(jù)為30的74LS245的DIR端；將DIR20送到輸入數(shù)據(jù)為20 的74LS245的DIR端;將DIR5送到輸入數(shù)據(jù)為5的74LS245的DIR端。狀態(tài)控制器 的轉(zhuǎn)換由計數(shù)器來控制，當(dāng)計數(shù)器計到。時，要實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，可通過電路中的 U10和U14A來完成。當(dāng)計數(shù)器計到0時，經(jīng)U10和U14A輸出一上升沿驅(qū)動狀態(tài)控制 器轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)。所設(shè)計的定時系統(tǒng)如圖七所示，其中XI是狀態(tài)控制器子電路。a 3 0 3 d 9< A O e D O O O O O Oo o o o o o oNPOS-JM<L5Ucoo § ,、 .Ma -tH *