太原理工大學(xué)交通信號(hào)燈控制器課程設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)摘要摘要：隨著社會(huì)的開(kāi)展，交通有了巨大的改善，馬路上的車(chē)流量也逐漸增加，經(jīng)常出現(xiàn)堵車(chē)現(xiàn)象，對(duì)人們的出行造成了極大地影響，合理的交通控制顯得更加重要。其中，交通信號(hào)燈的智能控制越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用74LS系列集成電路進(jìn)行模擬，實(shí)驗(yàn)性的實(shí)現(xiàn)了交通信號(hào)燈控制器的根本功能。關(guān)鍵字：信號(hào)燈智能控制交通二、設(shè)計(jì)目的通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，應(yīng)該掌握以下內(nèi)容〔1〕學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的一般方法。〔2〕要求學(xué)會(huì)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題?！?〕靈活掌握局部74LS系列集成電路的使用?！?〕掌握Multisim仿真軟件的應(yīng)用?！?〕掌握常用元器件的識(shí)別與測(cè)量?！?〕了解實(shí)際電路調(diào)試和解決問(wèn)題的根本方法。三、設(shè)計(jì)要求由一條主干道和一條支干道的集合點(diǎn)形成交叉十字路口，為確保車(chē)輛平安、迅速地通行，在交叉道口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、綠、黃3色燈。紅燈禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮那么使行駛中的車(chē)輛有時(shí)間?？康浇咕€外。用紅、綠、黃3色發(fā)光二極管作信號(hào)燈，用傳感器或用邏輯開(kāi)關(guān)代替?zhèn)鞲衅髯鳛闄z測(cè)車(chē)輛是否到來(lái)的信號(hào)，設(shè)計(jì)制作一個(gè)交通燈控制器。=1\*GB3①在主干道和支干道均設(shè)有車(chē)輛檢測(cè)傳感器，用以檢測(cè)道路是否有車(chē)輛，用開(kāi)關(guān)模擬。=2\*GB3②當(dāng)某一道路有車(chē)而另一道路無(wú)車(chē)時(shí)，那么該車(chē)道處于長(zhǎng)允許通行的狀態(tài)。=3\*GB3③當(dāng)主、支干道均有車(chē)時(shí)，兩者交替允許通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行25s，設(shè)立45s和25s計(jì)時(shí)顯示電路。=4\*GB3④當(dāng)主干道允許通行綠燈亮?xí)r，支干道亮紅燈。而只感到允許通行亮綠燈時(shí)，主干道紅燈亮。在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換中間，要亮5s的黃燈作為過(guò)渡，以使行駛中的車(chē)輛有時(shí)間停到禁止線外，設(shè)置5s計(jì)時(shí)顯示電路。四、設(shè)計(jì)原理4.1交通路口模擬圖主干道主干道支干道GYRGYR倒計(jì)時(shí)顯示圖1交通路口模擬圖4.2交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)移表態(tài)序主干道支干道時(shí)間1綠燈亮，允許通行紅燈亮，不許通行45s2黃燈亮，停車(chē)紅燈亮，不許通行5s3紅燈亮，不許通行綠燈亮，允許通行25s4紅燈亮，不許通行黃燈亮，停車(chē)5s表1交通燈狀態(tài)表4.3交通信號(hào)燈控制器系統(tǒng)框圖圖圖2交通信號(hào)燈控制器系統(tǒng)框圖計(jì)數(shù)器構(gòu)成的不同模值的計(jì)數(shù)電路45s定時(shí)25s定時(shí)5s定時(shí)傳感器主干道紅黃綠R1Y1G1支干道紅黃綠R2Y2G2移位存放器構(gòu)成的控制電路4.4交通信號(hào)燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖圖3交通信號(hào)燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖狀態(tài)S狀態(tài)S狀態(tài)S狀態(tài)S持續(xù)45S持續(xù)25S持續(xù)5S持續(xù)5S主干道支干道時(shí)間到，假設(shè)支干道有車(chē)，主干道無(wú)車(chē)，那么交通燈保持時(shí)間到，假設(shè)主干道有車(chē)，支干道無(wú)車(chē)，那么交通燈保持4.5主要集成電路芯片的功能〔1〕移位存放器74LS194移位存放器是一個(gè)具有移位功能的存放器，是指存放器中所存儲(chǔ)的代碼能夠在移位脈沖的作用下一次左移或右移。既能左移又能右移的稱(chēng)位雙向移位存放器，只需要改變左、右移的控制信號(hào)便可實(shí)現(xiàn)雙向移位要求。根據(jù)移位存放器存取信息的方式不同分為：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出4種形式。本設(shè)計(jì)選用4為雙向通用移位存放器74LS194，其邏輯符號(hào)如圖所所示。圖474LS194邏輯符號(hào)其中，D0、D1、D2、D3為并行輸入端；Q0、Q1、Q2、Q3為并行輸出端；SR表2表2移位存放器74LS194功能表〔2〕集成計(jì)數(shù)器74LS192集成計(jì)數(shù)器74LS192是雙時(shí)鐘觸發(fā)4位二進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器。其中，CR為去除信號(hào)，高電平有效；LD位置入控制信號(hào)，低電平有效；CPU為加法計(jì)數(shù)脈沖；CP圖574LS192邏輯符號(hào)表3集成計(jì)數(shù)器74LS192功能表五、單元電路設(shè)計(jì)5.1循環(huán)及控制電路的設(shè)計(jì)T45、T25TTT且A=1TTT或A=0SSSST或B=0TT且B=1圖6循環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖BASSSSGYRGYR說(shuō)明1×1000100001當(dāng)T45=1且B=1××0100010001當(dāng)T5=1×10010001100當(dāng)T25=1且××0001001010當(dāng)T5=1表4循環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表用移位存放器及附加控制電路控制狀態(tài)的循環(huán)，移位存放器的時(shí)鐘控制信號(hào)〔CLK〕：控制移位存放器的移位，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移。T=0代表計(jì)時(shí)器時(shí)間回到0，T=1代表計(jì)時(shí)器時(shí)間未到0。用開(kāi)關(guān)模擬傳感器檢測(cè)是否有車(chē)的信號(hào)A、B分別代表主、支干道的車(chē)流量狀況，A=1代表主干道有車(chē)，B=1代表支干道有車(chē)。T=0T=0或T=0或T=0或T=0移位存放器時(shí)鐘控制信號(hào)圖7循環(huán)電路圖8循環(huán)控制電路5.2計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)用兩片74LS192構(gòu)成計(jì)數(shù)電路，通過(guò)移位存放器控制計(jì)數(shù)器的置數(shù)，并通過(guò)循環(huán)控制電路控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)。圖9計(jì)數(shù)器時(shí)鐘控制電路計(jì)數(shù)器〔74LS192〕圖9計(jì)數(shù)器時(shí)鐘控制電路圖10圖10計(jì)數(shù)器電路5.3顯示電路的設(shè)計(jì)用六個(gè)彩燈，其中紅燈兩個(gè)、黃燈兩個(gè)、綠燈兩個(gè)，用來(lái)表示主干道、支干道的交通燈，用數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)電路。圖11顯示電路六、器件及參數(shù)選擇6.1元器件列表元件個(gè)數(shù)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱174LS194174LS192274LS32374LS11174LS86174LS27174LS08174LS041表5元器件列表圖12元器件圖6.2元器件引腳功能圖型號(hào)引腳圖功能表74LS19474LS19274LS3274LS1174LS8674LS2774LS0874LS04表6元件引腳及功能列表七、仿真分析及結(jié)果7.1仿真過(guò)程〔1〕在Multisim中按照設(shè)計(jì)好的電路圖連線；〔2〕分模塊進(jìn)行仿真，觀察狀態(tài)是否正確；〔3〕整合所有模塊進(jìn)行整體仿真，觀察狀態(tài)；〔4〕切換開(kāi)關(guān)的上下電平，查看狀態(tài)是否正確；〔5〕完成仿真。7.2仿真中遇到的問(wèn)題〔1〕不清楚個(gè)別引腳功能問(wèn)題；〔2〕相互之間的控制問(wèn)題；〔3〕用開(kāi)關(guān)控制狀態(tài)的問(wèn)題；〔4〕連線過(guò)程中的布局問(wèn)題。7.3Multisim仿真圖〔1〕圖13為交通信號(hào)燈完整仿真原理圖〔2〕圖14為交通信號(hào)燈仿真功能狀態(tài)圖倒計(jì)時(shí)及置數(shù)電路A、倒計(jì)時(shí)及置數(shù)電路A、B分別代表主干道、支干道的傳感器，A=0代表主干道無(wú)車(chē)，A=1時(shí)有車(chē)；B=0代表支干道無(wú)車(chē)，B=1時(shí)有車(chē)倒計(jì)時(shí)置數(shù)、循環(huán)控制電路倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘控制電路移位存放器時(shí)鐘控制、循環(huán)控制電路及倒計(jì)時(shí)置數(shù)控制主干道信號(hào)燈支干道信號(hào)燈計(jì)時(shí)顯示電路倒計(jì)時(shí)到零時(shí)的信號(hào)圖13交通信號(hào)燈完整仿真原理圖主干道信號(hào)燈支干道信號(hào)燈計(jì)時(shí)顯示電路倒計(jì)時(shí)到零時(shí)的信號(hào)主干道信號(hào)燈支干道信號(hào)燈計(jì)時(shí)顯示電路倒計(jì)時(shí)到零時(shí)的信號(hào)圖圖14交通信號(hào)燈仿真功能狀態(tài)主干道、支干道有車(chē)或都無(wú)車(chē)，或支干道有車(chē)時(shí)正常循環(huán)正常循環(huán)主干道、支干道有車(chē)或都無(wú)車(chē)，或主干道有車(chē)時(shí)正常循環(huán)正常循環(huán)當(dāng)處于S0狀態(tài)時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，進(jìn)行45s當(dāng)主干道時(shí)間到，而此時(shí)主干道有車(chē)，支干道無(wú)車(chē)，因此主干道綠燈保持常亮。當(dāng)處于S4狀態(tài)時(shí)，支干道黃燈亮，主干道紅燈亮，進(jìn)行5s當(dāng)處于S3狀態(tài)時(shí)，主干道紅燈亮，支干道紅綠亮，進(jìn)行25s當(dāng)處于S1狀態(tài)時(shí)，主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，進(jìn)行5s當(dāng)支干道時(shí)間到，而此時(shí)支干道有車(chē)，主干道無(wú)車(chē)，因此支干道綠燈保持常亮。A=1，B=0時(shí)B=1，A=0時(shí)A=1時(shí)B=1時(shí)八、實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作8.1實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)操作步驟〔1〕交元件清單，領(lǐng)取元器件。〔2〕測(cè)試元器件功能是否正確?！?〕按仿真原理圖進(jìn)行連線?！?〕測(cè)試測(cè)試電路的功能是否正確，假設(shè)不正確，檢查錯(cuò)誤；假設(shè)功能狀態(tài)正確，記錄實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。8.2操作中的問(wèn)題〔1〕連接線及芯片的測(cè)試問(wèn)題?！?〕由于連線過(guò)多，連線時(shí)需仔細(xì)而耐心?！?〕實(shí)際測(cè)試功能狀態(tài)的問(wèn)題等8.3實(shí)驗(yàn)室實(shí)際