交通灯课程设计(2).doc

课题三 交通灯控制逻辑电路设计一、 简述为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的系统框图如图3.1所示。图3.1 交通灯控制器系统框图二、设计任务和要求设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下：1. 满足如图3.2顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。图3.2 交通灯顺序工作流程图 2. 应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图见图3.3所示。图3.3中，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。图3.3 交通灯时序工作流程图3. 十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿等交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为18，并使数显计数器开始减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显得值应为3，当减到“0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为18。4. 可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。5. 在完成上述任务后，可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。 （1）在某一方向（如南北）为十字路口主干道，另一方向（如东西）为次干道；主干道由于车辆、行人多，而次干道的车辆、行人少，所以主干道绿灯亮的时间可以选定为次干道绿灯亮时间的2倍或3倍。（2）用LED发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。三、可选用器材1. 通用实验底板2. 直流稳压电源3. 交通信号灯及汽车模拟装置4. 集成电路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及门电路5. 显示：LC5011-11，发光二极管6. 电阻7. 开关四、设计方案提示根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图3.1，设计方案可以从以下几部分进行考虑。1. 秒脉冲和分频器因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:1:6，所以，若选4秒（也可以3秒）为一单位时间，则计数器每计4秒输出一个脉冲。这一电路就很容易实现，逻辑电路参考前面有关课题。2. 交通灯控制器由波形图可知，计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。扭环形计数器的状态表如表3.1所示。表3.1 状态表t计数器输出南北方向东西方向Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 NSG NSY NSREWG EWY EWR012345678910110 0 0 0 0 01 0 0 0 0 01 0 0 0 0 01 1 1 0 0 01 1 1 1 0 01 1 1 1 1 01 1 1 1 1 10 1 1 1 1 10 0 1 1 1 10 0 0 1 1 10 0 0 0 1 10 0 0 0 0 11 0 01 0 01 0 01 0 01 0 00 00 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 11 0 01 0 01 0 01 0 01 0 00 0根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式： 东西方向 绿： 黄： 红：南北方向 绿：黄：红：由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标1s和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。3. 显示控制部分显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。译码显示可用74LS248 BCD码七段译码器，显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS193等。3. 手动/自动控制，夜间控制这可用一选择开关进行。置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使交通灯在某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。夜间时，将夜间开关接通，黄灯闪亮。4. 汽车模拟运行控制用移位寄存器组成汽车模拟控制系统，即当某一方向绿灯亮时，则绿灯亮“G”信号使该路方向的移位通路打开，而当黄、红灯亮时，则使该方向的移位停止。如图3.4所示，为南北方向汽车模拟控制电路。图3.4 汽车模拟控制电路五、参考电路根据设计任务和要求，交通信号灯控制器参考电路，如图3.5所示。六、参考电路简要说明1. 单次手动及脉冲电路单次脉冲是由两个与非门组成的RS触发器产生的，当按下K1时，有一个脉冲输出使74LS164移位计数，实现手动控制。K2在自动位置时，由秒脉冲电路经分频后（4分频）输入给74LS164，这样，74LS164为每4秒向前移一位（计数1次）。秒脉冲电路可用晶振或RC振荡电路构成。图3.5 交通信号灯控制器参考电路2. 控制器部分它由74LS164组成扭环形计数器，然后经译码后输出十字路口南北、东西两个方向的控制信号。其中黄灯信号必须满足闪耀，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿、红灯灭。3. 数字显示部分当南北方向绿灯亮，而东西方向红灯亮时，使南北方向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字“24” 开始往下减，当减到“0”时，南北方向绿灯灭，红灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。由于东西方向红灯灭信号（EWR：0）使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮使另一方向东西方向减法计数器开始工作。在减法计数开始之前，由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据，图中接入U/和的信号就是由黄灯亮（为高电平）时，置入数据。黄灯灭（Y=0）而红灯亮（R=1）开始减计数。4. 汽车模拟控制电路这一部分电路参考图4。当黄灯（Y）或红灯（R）亮时，则这端为高（H）电平，在CP移位脉冲作用下，而向前移位，高电平“H”从QH一直移到QA（图中74LS164-1）由于绿灯在红灯和黄灯位高电平时，它为低电平，所以74LS164-1QA的信号就不能