可人工干预交通灯简易设计

武汉工程大学 计算机科学与工程学院 综合设计报告 设计名称 设计名称 数字逻辑综合设计数字逻辑综合设计 设计题目 设计题目 可人工干预的交通灯控制器可人工干预的交通灯控制器 学生学号 学生学号 专业班级 专业班级 学生姓名 学生姓名 学生成绩 学生成绩 指导教师 职称 指导教师 职称 课题工作时间 课题工作时间 至至 说明 1 报告中的第一 二 三项由指导教师在综合设计开始前填写并发给每 个学生 四 五两项 中英文摘要 由学生在完成综合设计后填写 2 学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩 3 指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个设计期间的平时表现 设 计完成情况 报告的质量及答辩情况 给出客观 全面的评价 4 所有学生必须参加综合设计的答辩环节 凡不参加答辩者 其成绩一 律按不及格处理 答辩小组成员应由 2 人及以上教师组成 5 报告正文字数一般应不少于 5000 字 也可由指导教师根据本门综合设 计的情况另行规定 6 平时表现成绩低于 6 分的学生 取消答辩资格 其本项综合设计成绩 按不及格处理 7 此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式 适 用于学院各类综合设计 各教研室可根据本门综合设计的特点及内容 做适当的调整 并上报学院批准 成绩评定表 学生姓名 学号 班级 类别 合计 分值 各项 分值 评分标准 实际 得分 合计 得分 备注 平时 表现 1010 按时参加综合设计 无旷课 迟 到 早退 违反实验室纪律等情 况 由设计负责 人给出 20 按设计任务书的要求完成了全部 任务 能完整演示其设计内容 符合要求 完成 情况 30 10 能对其设计内容进行详细 完整 的介绍 并能就指导教师提出的 问题进行正确的回答 10 报告文字通顺 内容翔实 论述 充分 完整 立论正确 结构严 谨合理 报告字数符合相关要求 工整规范 整齐划一 5 课题背景介绍清楚 综述分析充 分 5 设计方案合理 可行 论证严谨 逻辑性强 具有说服力 5 符号统一 图表完备 符合规范 要求 5 能对整个设计过程进行全面的总 结 得出有价值的结论或结果 报告 质量 35 5 参考文献数量在 3 篇以上 格式 符合要求 在正文中正确引用 10 在规定时间内能就所设计的内容 进行阐述 言简意明 重点突出 论点正确 条理清晰 答辩 情况 25 15 在规定时间内能准确 完整 流 利地回答教师所提出的问题 总评成绩 分 补充说明 指导教师 签字 日 期 年 月 日 答辩记录表 学生姓名 学号 班级 答辩地点 答辩内容记录 合计 分值 各项 分值 评分标准 实际 得分 合计 得分 备注 答 辩 成 绩 2510 在规定时间内能就所设计的内容 进行阐述 言简意明 重点突出 论点正确 条理清晰 15 在规定时间内能准确 完整 流 利地回答教师所提出的问题 答辩小组成员 签字 年 月 日 指导教师评语 指导教师 签字 日 期 年 月 日 一 综合设计目的 条件 任务和内容要求 1 综合设计目的 1 掌握 555 定时计数器 计数器功能及应用 2 进一步了解实际应用中时序逻辑电路的设计和调试方法 3 学会常用数字电路的设计 2 条件 使用基本门电路元件及基本芯片 3 任务和内容要求 控制器有时钟信号 CP 其周期为 1 分钟 在正常通行情况下 交通灯交替工作 以使东西的交通放行 1 分钟 然后使南北路的交通放行 1 分钟 此外 控制器设有 人工干预 按钮 若目前东西路通行一分钟后车辆还很挤 而南北路方向并无车量 要求通行 可按下 人工干预 按钮 于是 在目前的 1 分钟周期结束时 仍然是南 北路方向亮红灯 东西路方向亮绿灯 延长放行 1 分钟 而后自动转入正常的交替工 作时序如同未出现过某一方向车量中断的情况一样 指导教师签字 年 月 日 二 进度安排 一 2010 12 27 2010 12 30 查阅文献 收集资料 二 2010 12 30 2011 01 01 方案论证 三 2011 01 02 2011 01 06 系统详细设计 四 2011 01 06 2011 01 07 综合设计论文撰写 三 应收集资料及主要参考文献 1 朱勇 数字逻辑 S 中国铁道出版社 2007 2 曾繁泰 李冰 李晓林 EDA 工程概论 M 清华大学出版社 2002 3 陈德望 汤淑明 宫晓燕等 城市交叉路口交通信号控制研究的发展 J 自动化 博览 2002 4 王彬 基于时间分布的交通灯控制系统 J 第十三届中国控制会议文集 2003 5 张佳佳 城市智能交通信号优化控制及仿真 D 湘潭大学 2004 四 综合设计 课程设计 摘要 中文 在今天 交通问题已经是个不可忽视的问题了 人车路之间的关系协调 是交通 管理中需要解决的重要问题之一 交通灯在疏导交通 管理交通秩序中 一个简单而 有效地工具 已经成为交通管理中不可或缺的组成部分 如何采用合适的控制方法 最大限度的利用好城市道路 又能保护好人民的生命安全 缓解城市主干道与匝道 城区同周边地区的交通拥堵状况 越来越成为交通运输管理与城市规划部门亟待解决 的主要问题 为此 在应用所学的知识 设计了一个简单的交通灯控制方法 仅仅用 一个固定的时钟周期 控制交通灯的转换 这种方案中 首先设定一个 60 秒的固定时钟 每六十秒一次红绿灯转换 可在 某一方向车辆较多时进行人工干预 使这一方向绿灯延时六十秒 关键词 可人工干预 交通灯 五 综合设计 课程设计 Abstract 英文 Today the traffic problem already an unavoidable issue the relationship among the cars the road and human being coordination in traffic management is one of the important problems need to be solved The traffic lights in the traffic management is a simple and effective tool in traffic management has become an indispensable part How to use appropriate control method the maximum make good use of urban road and can protect the safety of people s lives relieve urban trunk road and ramp downtown with surrounding areas of traffic congestion condition more and more become transportation management and urban planning departments urgently to be solved in the main issues Therefore in the application of knowledge design of a simple traffic control method with just a fixed clock cycle control the traffic light conversion This scheme first set a 60 seconds of fixed clock every 60 seconds a traffic light conversion can be in a certain direction is much manual intervention vehicles make this a direction green delay sixty seconds Keywords Can manual intervention Traffic lights system 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 I 目目 录录 摘 要 II Abstract II 第一章 课题背景 或绪论 概述 1 1 1 背景 1 1 2 目的 1 1 3 意义及主要内容 2 第二章 设计简介及设计方案论述 3 2 1 设计简介 3 2 2 方案设计及讨论 3 第三章 详细设计 5 3 1 时间控制电路 1 和 2 5 3 2 交通灯的闪烁电路部分 7 3 3 人工干预电路 10 3 4 多谐振荡电路 12 3 5 显示电路 13 3 6 总电路图 13 第四章 设计结果及分析 15 4 1 设计结果 15 4 2 设计分析 15 总 结 17 致 谢 18 参考文献 19 附录 主要元器件表及主要功能 20 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 II 摘 要 在今天 交通问题已经是个不可忽视的问题了 人车路之间的关系协调 是交通管 理中需要解决的重要问题之一 交通灯在疏导交通 管理交通秩序中 一个简单而有 效地工具 已经成为交通管理中不可或缺的组成部分 如何采用合适的控制方法 最 大限度的利用好城市道路 又能保护好人民的生命安全 缓解城市主干道与匝道 城 区同周边地区的交通拥堵状况 越来越成为交通运输管理与城市规划部门亟待解决的 主要问题 为此 在应用所学的知识 设计了一个简单的交通灯控制方法 仅仅用一 个固定的时钟周期 控制交通灯的转换 这种方案中 首先设定一个 60 秒的固定时钟 每六十秒一次红绿灯转换 可在某 一方向车辆较多时进行人工干预 使这一方向绿灯延时六十秒 关键词 可人工干预 交通灯 Abstract Today the traffic problem already an unavoidable issue the relationship among the car road and human being coordination in traffic management is one of the important problems need to be solved The traffic lights in the traffic management is a simple and effective tool in traffic management has become an indispensable part How to use appropriate control method the maximum make good use of urban road and can protect the safety of people s lives relieve urban trunk road and ramp downtown with surrounding areas of traffic congestion condition more and more become transportation management and urban planning departments urgently to be solved in the main issues Therefore in the application of knowledge design of a simple traffic control method with just a fixed clock cycle control the traffic light conversion This scheme first set a 60 seconds of fixed clock every 60 seconds a traffic light conversion can be in a certain direction is much manual intervention vehicles make this a direction green delay sixty seconds Keywords Can manual intervention Traffic lights system 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 1 第一章 课题背景 或绪论 概述 1 1 背景 在今天 交通问题已经是个不可忽视的问题了 人车路之间的关系协调 是交通 管理中需要解决的重要问题之一 交通灯在疏导交通 管理交通秩序中 一个简单而 有效地工具 已经成为交通管理中不可或缺的组成部分 如何采用合适的控制方法 最大限度的利用好城市道路 又能保护好人民的生命安全 缓解城市主干道与匝道 城区同周边地区的交通拥堵状况 越来越成为交通运输管理与城市规划部门亟待解决 的主要问题 目前交通灯控制系统的设计软件也种类繁多 有基于 EDA 设计的 基于单片机设 计的 基于 DSP 设计的 基于 ARM 嵌入式的等 还有用标准逻辑器件 可编程控制器 PLC 等方案来实现 但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持 在一 定程度上增加了功能修改及调试的困难 所以现在国内外广泛采用 EDA 技术设计交通 灯控制系统 在国外 英国 澳大利亚 日本和美国等国家均在交通控制系统上日益完善 如 以澳大利亚悉尼为背景开发的交通自适应协调系统 SCATS Sydney Coordinated Adaptive Traffic System 英国的运输和道路研究所 TRRL 研制的 SCOOT Split Cycle Offset Optimization Technique 系统 日本的京三 Kyosan 系统等 这些 系统 大都是在各路口附近安装磁性环路监控器 由各路口的控制设备 人员将交通 控制参数通过通讯网络输入微处理器 用小型计算机进行集中处理 目前国内已有一些自主开发的城市交通控制系统 如公安部交通科学研究所开发 的 HT UTCS 系统 但它在整体性能上比国外同类系统仍有较大差距 只在一些中小城 市得到一些应用 国内城市尤其是大城市引进的交通控制系统大部分为进口的 SCOOT 和 SCATS 以及京三系统等 这些系统均是建立在机动车为主的道路交通条件基础之上 的被动控制系统之上的 由于我国交通是混合交通流 和国外交通流不大相同 因此 国外的这些交通控制系统在国内的使用效果不尽人意 所以国内科技人员也在孜孜不 倦的研究着更好的交通灯控制系统 大致研究分为两类 其一是按固定配时方案运行 其二是由车辆检测器提供的实时交通信息控制信号机运行的 如 基于时间分布的交 通控制系统设计 它将一天分为 N 个不同的时间区间 应用计算机算出各个交通路口 各时间段信号灯的最佳周期 在不同的时间区间赋予交通信号控制器不同的周期 以 对应交通流量随时间的分布 但在现实应用中 这种固定周期的交通信号灯的周期只 在一天交通流量变化不大的路口可以得到较理想的效果 而交通流量呈周期变化的路 口则无法两者兼顾 其只能使某个时间段达到较好效果 在另一个时刻则需要人工干 预 不然可能产生交通阻塞 再如基于模糊逻辑的智能交通灯系统 是从禁行车辆等 待的时间角度出发 综合了各个方向的车辆密度的因素 模仿交通带察的行为而设计 的 其控制器采用三变量输入 输出不在是时间变量 而是车辆的通行权限 这次 由于知识水平有限 只简单设计交通灯的简单功能 使用标准逻辑器件实 现 只为了解逻辑器件的功能 和交通灯的基本工作原理 1 2 目的 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 2 1 掌握 555 定时计数器 计数器功能及应用 2 进一步了解实际应用中时序逻辑电路的设计和调试方法 3 学会常用数字电路的设计 1 3 意义及主要内容 这次实验主要是让我们我们对各元件的特性和功能有更多的了解 也让我们能够 对设计电路更加熟练 了解各个元器件的功能和外特性 1 设计时间的计时电路 根据要求和实际应用 计时电路设计为 60 秒的倒计时 功能 主要利用 74192 的倒计时功能和异步置数组成的 60 进制 2 红绿灯主要利用各灯亮与暗之间的关系 实现红绿灯转换与黄灯灯闪烁 红灯 与绿灯不能同时亮 黄灯在红绿灯交换时闪烁 设计灯的变化方式 3 电路利用 555 构成的多谐振荡器实现 由多谐振荡器的周期计算方法 设置 555 即使器的周期为 1 秒 4 人工干预电路使用 RS 触发器 干预两个计时电路 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 3 第二章 设计简介及设计方案论述 2 1 设计简介 下图为这次设计的流程图 多谐振荡电路为其他模块提供时钟脉冲 人工干预可 同时影响到两个时间控制电路 显示电路显示的是时间控制电路 1 的时间 时间控制 电路 1 影响交通灯闪烁电路 时间控制电路 2 可以反馈信号给人工干预电路 图 2 1 交通控制灯电路设计 2 2方案设计及讨论 2 2 1 时间控制电路 1 和 2 方案一 让时间控制电路 1 和 2 使用同一个计时电路 方案二 时间控制电路 1 和 2 使用不同的计时电路 如果用同一个计时电路的情况下 电路的设计可能比较复杂 同时控制电路也比 较麻烦 所以采用了时间控制电路分开的方案二 2 2 2 交通灯的闪烁电路部分 交通灯有三种状态 状态一 东西方向红灯亮 南北方向绿灯亮 状态二 东西 南北方向黄灯同时闪烁 状态三 东西方向绿灯亮 南北方向红灯亮 2 2 3 人工干预电路 人工干预使用 RS 触发器 通过 RS 锁存一个信号 实现两个计时电路的工作转换 再通过计数器 2 的信号反馈 清除 RS 锁存的信号 2 2 4 多谐振荡电路 人工 干预 电路 显示电路 时间控制电路 1 时间控制电路 2 交通灯闪烁电路 多 谐 振 荡 电 路 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 4 用 555 定时器构成多谐振荡器 作为电路的计时脉冲 周期为 1 秒 2 2 5 显示电路 由两个七段数码管组成两位的显示器 用来显示计时电路的倒计时 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 5 第三章 详细设计 3 1 时间控制电路 1 和 2 3 1 1 时间控制电路 1 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U1 74192 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U2 74192 1110 U18 E 74LS04 98 U18 F 74LS04 U2 DN 图 3 1 由两块 74192 六十进制的倒计时电路 74192 是一个可十进制的 BCD 计数器 MR 1 时清零 PL 0 时置数 DN 端接脉冲时 芯片减法计数 为下降沿触发 当输出端由 0000 变到下一状态时 会从 TCD 端输 出一个低脉冲 UP 端接脉冲波时 芯片加法计数 也为下降沿触发 由 1001 变到 下一状态时 会从 TCU 端输出一个低脉冲 D0 D1 D2 D3 为置数输入端 当 D0 D1 D2 D3 为某一数字时 PL 接收到低电平时 输出端就变为置数端的信号 Q0 Q1 Q2 Q3 为输出端 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 6 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U1 74192 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U2 74192 1110 U18 E 74LS04 98 U18 F 74LS04 图 3 2 接在总电路中的时间控制电路 1 因为需要 在这里我用了减法计数端 图 3 1 和 3 2 中 U1 为高位 U2 为低位 当低位由 0000 跳变时 TCD 端会输出一个低脉冲 利用此脉冲向高位借位 高位 的置数输入端为 D0 0 D1 1 D2 1 D3 0 刚开始计数时 由于低位的低脉冲向高位借位 高位由 0000 跳变 TCD 端输出一个低脉冲 将高位输出置为 0110 为避免高位 先置数 而借位脉冲到来较晚 使高位观察到的为 0101 开始 造成电路不稳定 所以在高位置数的部分接两个非门 避免竞争而产生的险象 3 1 2 时间控制电路 2 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 7 L0 L1 L2 L4 L5 L6 L7 L3 U22 A D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U10 74192 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U20 74192 12 U34 A 74LS04 34 U34 B U40 AND 1110 U28 E 74LS04 98 U28 F 74LS04 图 3 3 接在总电路中的时间控制电路 2 时间控制电路 2 与时间控制电路 1 的原理相同 但是计时的时间段不同 这留在 人工干预时再讲 3 2交通灯的闪烁电路部分 交通灯的变化方式是交通灯电路的重要组成部分 在交通指挥中 交通灯是与司 机和行人直接交流的外部工具 下面是交通灯中 各色灯的变化示意图 首先东西方向红灯亮 南北方向绿灯亮 55 秒后 转为状态二 东西南北方向的黄灯同时闪烁 5 秒 然后南北方向红灯亮 东 西方向绿灯亮 55 秒 再变为东西南北方向的黄灯同时闪烁 5 秒 之后返回东西方向红 灯亮 南北方向绿灯亮 55 秒 形成一个循环 图 3 4 交通灯闪烁变化方式示意图 状态一状态一 东 西方向红灯 亮 南北方 向绿灯亮 状态三 状态三 东西方向绿 灯亮 南北 方向红灯亮 状态二 状态二 东 西 南北方 向黄灯同时 闪烁 状态二 状态二 东 西 南北方 向黄灯同时 闪烁 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 8 图 3 5 红绿灯闪烁变化流程图 U1 AND U2 AND U3 AND CKA 14 Q0 12 CKB 1 Q1 9 Q2 8 Q3 11 R0 1 2 R0 2 3 R9 1 6 R9 2 7 U4 7490 CKA 14 Q0 12 CKB 1 Q1 9 Q2 8 Q3 11 R0 1 2 R0 2 3 R9 1 6 R9 2 7 U5 7490 12 U6 A 7404 1 1 2 3 U7 A 74136 34 U6 B 7404 U2 D1 56 U6 C 7404 U4 CKA U5 CKA 图 3 6 交通灯闪烁部分原理图 在控制交通灯的变化中 用两个 7290 一个记录黄灯闪烁的前一状态是状态一还 是状态三 另一个记录是否已经到黄灯闪烁的时刻和黄灯是否应该结束 所以在一个 黄 灯 闪 烁 5 秒 东西方向 绿灯亮 南北方向 红灯亮 55 秒 东西方向 红灯亮 南北方向 绿灯亮 55 秒 黄 灯 闪 烁 5 秒 人工干预 延时 60 秒延时 60 秒 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 9 红绿灯变化周期内 一个 7490 时钟的频率应该是另一个的一半 由前面的红绿灯变化 示意图可知 东西方向与南北方向等红绿灯正好相反 黄灯同步闪烁 所以将东西方 向红 绿灯与南北方向的绿 红灯连接 黄灯直接接在一起 所以可以只讨论一个方 向 另一方向直接取反即可 下面直接以南北方向为例讨论 这里的 U1 用来控制红灯 U2 控制黄灯 U3 控制绿灯 U4 用来记录是否已经到 黄灯闪烁时刻和是否到黄灯闪烁结束时刻 U5 记录黄灯的前一时刻是状态一还是状态 三 U6 用来将信号取反 U7 用来判断红 绿灯中是否有灯亮 如果没有灯亮黄灯就 闪烁 有灯亮就不闪烁 刚开始时 U4 U5 都输出低电平 U4 的输出经一非门后变为高电平 U5 的输出 到 U1 为低电平 到 U3 为高电平 所以绿灯亮 红灯不亮 黄灯不会闪烁 当计时电 路倒计到 5 秒时 有一个脉冲传到 U4 U4 的 Q0 输出端由低电平变为高电平 经过非 门后 此时 U1 U3 的输出都变为低电平 红灯绿灯都不亮 此时黄灯闪烁 计时电 路倒计到 0 秒时 产生的脉冲同时到达 U4 U5 U4 输出又变回低电平 经非门后传 到 U1 U3 U5 输出变为高电平 此时红灯亮 绿灯不亮 黄灯停止闪烁 到下一次 5 秒时经过类似变化 实现一个方向的绿 黄 红 黄 绿的循环 则另一方向为一个 红 黄 绿 黄 红的循环 下图为一个接受倒计到 5 秒和 0 秒信号 从而产生两个脉冲波给两个 7490 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U1 74192 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U2 74192 8 1 2 3 4 5 6 11 12 U14 74LS30 1312 U13 D 74LS04 1110 U13 E 74LS04 98 U13 F 74LS04 12 U15 A 74LS04 34 U15 B 74LS04 56 U15 C 74LS04 1312 U15 D 74LS04 1110 U15 E 74LS04 34 U18 B 74LS04 U19 OR U23 AND 1110 U18 E 74LS04 98 U18 F 74LS04 8 1 2 3 4 5 6 11 12 U12 74LS30 1312 U3 D 74LS04 1110 U3 E 74LS04 98 U3 F 74LS04 12 U13 A 74LS04 34 U13 B 74LS04 56 U13 C 74LS04 12 U18 A 74LS04 图 3 7 接受倒计到 5 秒和 0 秒信号的电路 图 3 7 中 U12 和 U14 分别接受 0 秒和 5 秒的信号 同时产生一个脉冲传到 7490 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 10 E0 E1 E2 E2 E1 E2 E0 E0 L0 L1 L2 L4 L5 L6 L3 L7 L0 L3 L1 L2 L4 L5 L6 L7 E1 E2 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U1 74192 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U2 74192 8 1 2 3 4 5 6 11 12 U14 74LS30 1312 U13 D 74LS04 1110 U13 E 74LS04 98 U13 F 74LS04 12 U15 A 74LS04 34 U15 B 74LS04 56 U15 C 74LS04 1312 U15 D 74LS04 1110 U15 E 74LS04 CKA 14 Q0 12 CKB 1 Q1 9 Q2 8 Q3 11 R0 1 2 R0 2 3 R9 1 6 R9 2 7 U16 7490 CKA 14 Q0 12 CKB 1 Q1 9 Q2 8 Q3 11 R0 1 2 R0 2 3 R9 1 6 R9 2 7 U17 7490 34 U18 B 74LS04 U19 OR U23 AND U24 AND 1312 U18 D 74LS04 98 U16 F 74LS04 1 1 2 3 U20 A 74136 1110 U18 E 74LS04 98 U18 F 74LS04 8 1 2 3 4 5 6 11 12 U12 74LS30 1312 U3 D 74LS04 1110 U3 E 74LS04 98 U3 F 74LS04 12 U13 A 74LS04 34 U13 B 74LS04 56 U13 C 74LS04 12 U18 A 74LS04 12 U21 A 74LS04 U6 AND 图 3 8 接在总电路中的交通灯闪烁变化部分 实际连接中 为防止中间出现干扰信号 所以在 U16 图 3 6 的 U4 使能端 R0 2 和 R9 1 接到计时器的个位 使每次个位为 8 时 U16 清一次 0 3 3 人工干预电路 人工干预使用 RS 触发器 其特征方程为 Qn 1 S Qn 刚开始时 R 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 11 R 0 S 0 Q 输出为低电平 时间控制电路 1 工作计时 按下人工干预按钮后 时间 控制电路 2 工作 时间控制电路 1 停止计时 直到时间控制电路 60 秒计时结束 输出 一个高电平传到 R 端 使 RS 触发器复位 Q 端输出低电平 时间控制电路 1 继续工 作 具体实现为 交通灯为黄灯时干预无效 当交通灯闪烁部分中为红灯亮或绿灯亮 时 Q 输出为低电平 所以 U2 A U2 B 输出为高电平 U2 C 输出为低电平 到 U4 后 时间控制电路 2 只接受到低电平 所以不会计时 经非门到 U5 的高电平使时钟脉 冲能够通过 U5 让时间控制电路 2 工作计时 整个电路正常工作 当人工干预按下按 钮时 Q 端输出高电平 此时的状态作为下一状态的现态 则此时的次态 Q n 1 S Qn 0 1 1 即此时的次态一直为高电平 相当于把高电平存在 RS 触发器中 R0 此时 Q 端为高电平直到复位端 R 收到一个高电平 在这期间 由于 Q 端输出为高电平 U2 C 输出为高电平 到 U4 时钟脉冲能够通过 U4 与门 时间控制电路 2 工作 经非 门到 U5 的低电平使时钟脉冲不能通过 从而时间控制电路 2 不能工作 停止计时 时 间保持在人工干预前的时刻 时间控制电路 2 计时 60 秒后 输出一个高电平 使 RS 触发器复位 时间控制电路 1 继续工作 接着人工干预前的时刻倒计时 J 6 Q 1 CLK 3 K 5 Q 2 S 7 R 4 U1 A 4027 1 2 3 U2 A 7400 4 5 6 U2 B 7400 10 9 8 U2 C 7400 12 U3 A 7404 U4 AND U5 AND U5 D1 时时间间控控制制电电路路2 时时间间控控制制电电路路1 交交通通灯灯的的闪闪烁烁电电路路 图 3 9 人工干预电路示意图 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 12 J 6 Q 1 CLK 3 K 5 Q 2 S 7 R 4 U2 A 4027 1 2 3 U25 A 7400 1 2 3 U22 A 74004 5 6 U22 B 7400 U9 AND 12 U10 A 7404 12 U34 A 74LS04 34 U34 B 74LS04 1110 U28 E 74LS04 U4 AND 3 10 接在总电路中的人工干预部分 3 4 多谐振荡电路 用 555 计时器连接成多谐振荡电路 作为交通灯工作的时钟源 由多谐振荡电路 的周期为 T R1 2R2 Cln2 现将电路中 C1 设为 0 1uF C2 设为 10uF R1 设为 44k R2 设为 50k 则 T 44k 2 50k 0 1u ln2 1s R 4 DC 7 Q 3 GND 1 VCC 8 TR 2 TH 6 CV 5 U11 555 C1 0 01uF C2 10uF R1 44k R2 50k A B C D B 图 3 11 多谐振荡时钟电路示意图 为确定 555 定时器的输出频率确为 1Hz 每秒 将 1Hz 的时钟跟 555 定时器的输出 波形对比如图 3 12 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 13 图 3 12 将接好的多谐振荡电路与周期 1s 的脉冲比较 3 5 显示电路 由两个七段数码管组成的显示电路 是本电路中最简单的组成部分 只需将数码 管的四根脚接到 7490 上就可以了 在这个电路中 使用四脚的 BCD 码七段数码管 可直接将二进制译为十进制数字 显示出来 数码管的的引脚中 左边为最高位 依次向右 逐渐降低 图 3 13 七段数码管的引脚图和连在总电路中的显示电路 3 6 总电路图 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 14 E0 E1 E2 E2 E1 E0 E0 E1 E2 E1 E2 E0 E0 L0 L0 L1 L2 L4 L5 L6 L1 L2 L4 L5 L6 L3 L7 L7 L3 L0 L3 L1 L2 L4 L5 L6 L7 E1 E2 J 6 Q 1 CLK 3 K 5 Q 2 S 7 R 4 U2 A 4027 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U1 74192 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U2 74192 8 1 2 3 4 5 6 11 12 U14 74LS30 1312 U13 D 74LS04 1110 U13 E 74LS04 98 U13 F 74LS04 12 U15 A 74LS04 34 U15 B 74LS04 56 U15 C 74LS04 1312 U15 D 74LS04 1110 U15 E 74LS04 CKA 14 Q0 12 CKB 1 Q1 9 Q2 8 Q3 11 R0 1 2 R0 2 3 R9 1 6 R9 2 7 U16 7490 CKA 14 Q0 12 CKB 1 Q1 9 Q2 8 Q3 11 R0 1 2 R0 2 3 R9 1 6 R9 2 7 U17 7490 34 U18 B 74LS04 U19 OR U23 AND U24 AND 1312 U18 D 74LS04 98 U16 F 74LS04 1 1 2 3 U20 A 74136 1110 U18 E 74LS04 98 U18 F 74LS04 8 1 2 3 4 5 6 11 12 U12 74LS30 1312 U3 D 74LS04 1110 U3 E 74LS04 98 U3 F 74LS04 12 U13 A 74LS04 34 U13 B 74LS04 56 U13 C 74LS04 12 U18 A 74LS04 12 U21 A 74LS04 1 2 3 U25 A 7400 1 2 3 U22 A 7400 4 5 6 U22 B 7400 U9 AND 12 U10 A 7404 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U10 74192 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U20 74192 12 U34 A 74LS043 4 U34 B 74LS04 U40 AND 1110 U28 E 74LS04 98 U28 F 74LS04 R 4 DC 7 Q 3 GND 1 VCC 8 TR 2 TH 6 CV 5 U11 555 C1 0 01uF C2 10uF R1 44k R2 50k U6 AND 图 3 14 本次实验的最终总电路图 至此 本次实验的全部设计完成 武汉工程大学计算机科学与工程学院 综合设计报告 15 第四章 设计结果及分析 4 1 设计结果 这次实验基本完成了预先的设计想法 实现了设计的主要想法功能 交通灯的各 状态转换 各时间点的输出要求 人工干预的结果等方面均达到了预先要求 交通灯在时间倒计到 5 秒是 黄灯开始闪 红灯绿灯停止工作 再到 0 秒时 黄 灯停止闪 红绿灯交换 黄灯时不能人工干预 红绿灯亮时 人工干预使原计时停止 等 60 秒后 继续计时 与为干预前相同 4 2 设计分析 纯门电路的设计 在刚开始时让我不知如何着手 后经分析和翻阅书籍资料 才 有了一些思路 这对第一次设计电路的我是个锻炼 此次设计主要思路为 1 电路有个倒计时电路 为正在等待经过的司机有个时间参考 资料上关于 74192 的说明中有关于其可正计时倒计时的功能 有清零端和置数端 所 以可采用 74192 作为整个交通灯系统的计时电路 2 电路的倒计时应显示出来 给过往司机 所以还应加上显示电路 由两个 BCD 码七段数码管组成 3 交通灯系统最关键的部分 红绿灯 首先想好交通灯的变换方式 然后 设计出交通灯部分 因为红灯绿灯不可能同时亮 且之间交换变化 东西 方向与南北方向正好相反 所以将东西方向与南北方向的红绿灯反接 黄 灯相同 黄灯在红绿灯都不亮的情况下闪 根据这些设计灯的部分 4 因为在实际交通状况下 两个方向的车流量不完全相同 在车多的一个方 向可能要延长