交通灯控制1.doc

课程设计课程名称:专业:姓名:学号:日期: 交通灯控制 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。 当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调， 多值化方向发展随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注.随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素,因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。一、交通信号灯基本原理及设计方法在一个主支干道的十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。 由于主干道车辆较多，支干道车辆较少，所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些，为60秒；而支干道通行时间为30秒。 路口交通指挥系统示意图设主干道通行时间为N1，干道通行时间为N2，主、支干道黄等的时间均为N3，按主支干道通行的时间来看，设置N1N2N3。系统工作流程图如图所示。 主干道绿灯亮，支干道红灯亮计数器由N1到60递增计数主干道黄灯亮，支干道红灯亮计数器由N3到5递增计数主干道红灯亮，支干道绿灯亮计数器由N2到30递增计主干道红灯亮，支干道黄灯亮计数器由N3到5递增计S1S2S3S0系统工作流程图要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组成，整机电路的原理框图如图所示。四个路口设有红、黄、绿三色灯和两位8421BCD码的计数、译码显示器。 显示器译码器计数器时钟信号发生器支干道信号灯信号灯译码驱动电路主干道信号灯主控电路交通信号灯控制原理电路框图十字路口车辆运行情况只有4种可能：1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为60s。2）60s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5s。3）5s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为30s。4）30s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5s。5s后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制电路也有4种状态，设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。状态转换图如图所示。状态转换图:S0S1S2S360s后5s后30s后5s后二、主控制器十字路口车辆运行情况只有4种可能，实现这4个状态的电路，可用两个触发器构成，也可用74160计数器构成。我采用计数器74160实现。三、计数器计数器的作用有二：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行20s、10s、5s 3种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态S0时开始60s计数；60s后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始5s计数；5s后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始30s计数；30s后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S3，计数器又开始5s计数；5s后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。根据以上分析，设60s、50s、5s计数的归零信号分别为A、B、C，则计数器的归零信号L为： L=A+B+C其中：A=S0 QC2= QC2 B=S2 QB2 QA2= QB2 QA2C=S1 QB1 QA1+S3 QB1QA1= X0 QB1 QA1四.控制信号灯的译码器及译码电路的真值表1.主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。设灯亮为1，灯灭为0，则控制信号灯的译码电路的真值表及译码器74S139的引脚图。表控制信号灯的译码电路的真值表主控制器状态主干道支干道 X1 X0红灯R 黄灯Y 绿灯G红灯r 黄灯y 绿灯gS0 0 0 S1 0 1S2 1 0S3 1 1 001010100100100100001010由灯控真值表可写出六盏等的逻辑式,经化简获的六盏灯逻辑式为： 由真值表得灯控函数逻辑表达式R=/QB r =/Q B Y=QB QA y =QBQA _ G=QBQA g =QBQA 2.译码器引脚图及直值表五.置数电路由真值表可分别写出各灯的逻辑表达式： R=S2+S3=X1X0+X1X0=X1 Y=S1=X1X0 G=S0=X1X0 r=S0+S1=X1X0+X1X0=X1 y=S3=X1X0 g=S2=X1X0根据功能要求采用以下逻辑门电路构成：门电路是数字逻辑电路的基本组成单元，门电路按逻辑功能可分为：与门、或门、非门以及与非门、或非门、异或门、同或门、与或非门。若按电路结构组成的不同，可分为立元件门电路、CMOS集成门电路、TTL集成门电路等。各种集成门电路通常都封装在集成芯片内。此次设计采用的集成电路有74LS08、74LS11、74LS21、74LS32引脚排列图如下图所示 这些集成电路的封装形式均为双列直插式。为双列直插式集成电路的右下方通常是地线GND，左上方引脚一般是电源线VCC，其它引脚的用途如图中符号所示，每个集成电路都有自己的代号，与代号对应的名称形象地说明了集成电路的用途。74LS08、74LS11、74LS21、74LS32引脚图如下图所示：74LS08内部结构引脚图74LS11内部结构引脚图74LS21内部结构引脚图74LS32内部结构引脚图六状态译码电路根据灯控函数逻辑表达式,可画出由与门和非门组成的状态译码器电路,如图所示。将状态控制器，状态译码器以及模拟三色信号灯相连接，构成三色信号灯逻辑控制电路，如图所示。7 显示电路 显示电路主要是由共阴极LED七段数码管 数码管分为共阳极结构和共阴极结构。若显示器共阴极连接，则对应阴极接低电平的字段发光；而显示器共阳极连接，则接高电平的字段发光。此次设计采用的是共阴极连接如图八.555振荡器构成的秒脉冲电路 555定时器是种中规模集成电路，只要外部配上适当阻容元件，就构成脉冲产生和整形电路。 时器555定时器内部结构和引脚排列图，如内部电路图，引脚排列图。555定时器内部含有一个基本RS触发器，配个电压比较器C1,C2,一个放电三极管T由三个5K的电阻的分配器，555定时器因此而得名一个输出缓冲器G3。比较器C1的参考电压为2VCC/3加在同相输入端C2的参考电压为VCC/3加在反相输入端，两者均由分在器上取得。图 555的内部电路图 555定时器引脚排列图555定时器个引线端的用途如下：11端为接地线；22端为低电平触发端，也称为触发输入端。当2端的输入高电压高 于VCC/3时，C2输出为1；当输入电压低于VCC/3时，C2的输出为0，使基本触发器置1；33端U0为输出端；44端是复位端，当=0时，基本触发器直接置0，使Q=0，=1；53端UDD 为电压控制端，如果CO 端另加控制电压，则可以改变C1，C2的参考电压。工作中不使用CO 端时，一般都通过一个0.01uF的电容接地，以防旁路干扰；66端TH 为高电平触发端，当输入电压低于2VCC/3时，C1的输出为1；当输入电压高于2VCC/3时，C1的输出为0，使基本触发器置0，即Q0=0，=1，这时定时器输出U0=0；77端D为放电端。当基本触发器的=1时，放电晶体管T导通，外接电容元件通过T放电；88端VCC为电源端，可在4.3-1.6V范围内使用，若为CMOS电路，则VCC=3-18V。表7-1 555定时器功能表，它全面表示了555的基本功能。55定时器功能表9、 交通灯信号灯控制总体框图十、组装和调试过程在电路板上按整机框图把主控制器、计数器、信号灯译码器、数子显示器和秒脉冲信号发生器焊接好然后按以下步骤进行调试：1秒脉冲信号发生器的调试，按照数字电子钟的方法逐级调试振荡电路和分频电路，使输出设计符合设计要求。2将秒脉冲信号送入主控制器的CP端，观察主控制器的状态是否是按00、01、10、11、00的规律变化。3将秒脉冲信号送入计数器的CP端，接入主控制器的状态信号X0、X1，并把主控制器的状态信号送入主控制器的CP端，观察计说器是否按60秒、5秒、30秒、5秒、60秒循环计数。4把主控制器的状态转换信号X1、X0接至信号灯的译码电路，观察6个发光二极管是否按设计要求发光。5整机联调，使交通信号灯控制电路正常工作。 总 结 通过本次实验对输电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义，也达到了其培养的目的。在实验中，我也遇到了很多挫折，不过我都一一克服了，通过努力解决了问题，使我明白了和他人共同合作的重要性。在以后的道路上我们也必须深刻认识到团队合作的精神，投入今后的发展之中。成功就是在不断摸索中前进实