十字路口交通管理控制器的设计.doc

课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名 学生姓名 专业班级 专业班级 指导教师 指导教师 工作单位 工作单位 题题 目目 十字路口交通管理控制器的设计十字路口交通管理控制器的设计 初始条件 初始条件 本设计可以采用一些常用逻辑门电路 数码管以及一些常用集成芯片实现 交通灯 的显示可以采用共用数码管倒计时制或者分别用数码管实现倒计时 要求完成的主要任务要求完成的主要任务 在主 支道路的十字路口分别设置三色灯控制器 红灯亮禁止通行 绿灯亮允许通 行 黄灯亮要求压线车辆快速穿越 根据车流状况不同 可调整三色灯点亮或关闭时间 基本部分中可用 LED 模拟交通灯 主道路绿 黄 红灯亮的时间分别为 60 秒 5 秒 25 秒 次道路绿 黄 红灯亮的时间分别为 20 秒 5 秒 65 秒 主 次道路时间均指示采 用倒计时制 用 2 位数码管显示 时间安排 时间安排 第 17 周 7 8 节 理论讲解 第 18 19 周 理论设计及实验室安装调试 地点 鉴主 15 通信工程实验室 1 鉴主 13 通信工程专业实验室 第 20 周 撰写设计报告及答辩 地点 鉴主 17 楼研究室 指导教师签名 指导教师签名 年年 月月 日日 系主任 或责任教师 签名 系主任 或责任教师 签名 年年 月月 日日 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 设计目的及意义 1 1 2 设计任务及要求 1 1 2 1 设计任务 1 1 2 2 总体要求 2 2 交通灯原理分析 3 2 1 系统设计以及运行状态的分析转换 3 2 2 系统总体结构框图的设计 3 3 方案设计选择与论证分析 5 3 1 方案设计 5 3 1 1 方案一 5 3 1 2 方案二 6 3 1 3 方案三 7 3 2 方案论证分析与选择 8 4 交通灯单元的设计及仿真 9 4 1 脉冲发生器 9 4 2 状态译码器 12 4 3 可预置的减法计数器 14 4 4 信号灯顺序定时置数逻辑电路 17 5 整机电路的调试及其工作原理 19 5 1 整机电路图及其仿真结果 19 5 2 整机电路的工作原理 21 6 十字路口交通灯的扩展设计 22 6 1 时间预置的扩展 22 6 2 状态转换的扩展 23 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 7 电路的仿真调试 24 8 总结体会与建议 25 参考文献 26 附录一 元件清单 27 附录二 整体电路原理图 28 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 I 摘 要 交通信号灯自动指挥系统是典型的数字控制系统 在城镇街道的十字交叉路口 为 保证交通秩序和行人安全 一般在每条道路上各有一组红黄绿交通灯 其中红灯亮 表 示该条道路禁止通行 黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行 已过停车线 的车辆继续通行 绿灯亮表示该条道路允许通行 交通灯控制电路自动控制十字路口两 组红 黄 绿交通灯的状态转换 指挥各种车辆和行人安全通行 实现十字路口交通管 理的自动化 本文通过对十字路口交通灯的各个模块的简单设计 并且进行功能的仿真 并达到 了预期的效果 最后将各个模块组装起来 成为一个完整的电路原理图 并且进行了功 能的仿真 能完全实现预期功能 在实际生活中可以加以利用 文末 受实际生活中交通现状的启发 对交通灯的各个灯亮的时间进行了预置与扩 展 在实际生活中强调了应用理论知识解决实际问题的能力 关键词 关键词 交通灯 电路原理 信号 十字路口 车流状况 译码显示 芯片 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 II Abstract Traffic lights automatically command system is a typical digital control system in the cities and towns cross the street intersection in order to ensure traffic order and safety of pedestrians the general in each road on a different set of traffic lights red Yellow green red light said that the clause Prohibition of access roads bright yellow light on the road that the clause is not a stop line of vehicles to stop passage of the vehicle after stopping to use green said that the road to allow passage Control of traffic lights at crossroads of the two groups control circuit red yellow and green traffic light status conversion command various vehicles and pedestrians safe passage and crossroads of the traffic management automation Based on the traffic lights at crossroads of the various modules of simple design and functionality of the simulation and achieved the expected results the final assembly of the various modules to become a complete circuit schematics and to carry out the functions of the simulation to Fully achieve the desired functions in real life can be used Finally the real life inspired the status of traffic the traffic lights in all the lights and time for the pre expansion in real life stressed the application of theoretical knowledge to solve practical problems Key words traffic lights circuit theory signals intersection traffic conditions 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 1 十字路口交通管理控制器的设计 1 绪论 1 1 设计目的及意义 学习EWB电子仿真软件的基本使用方法 熟悉一些常用元器件的使用 通过仿真实验 来了解交通灯控制系统 其主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制 在现代化的大 城市中 十字交叉路口越来越多 在每个交叉路口都需要使用红绿灯进行交通指挥和管理 红 黄 绿灯的转换要有一个准确的时间间隔和转换顺序 这就需要有一个安全 自动的系统 对红 黄 绿灯的转换进行管理 本次课程设计就是针对这一情况的一个更加深刻的理 解 1 2 设计任务及要求 1 2 1 设计任务 在主 支道路的十字路口分别设置三色灯控制器 红灯亮禁止通行 绿灯亮允许通 行 黄灯亮要求压线车辆快速穿越 根据车流状况不同 可调整三色灯点亮或关闭时间 其基本的组成框图如下 图 1 1 基本要求的总体框图 时钟电路 主道计数 器 次道计数 器 译码显示 器 译码显示 器 组合电路 组合电路 秒脉冲电路 主绿 主黄 主红 次绿 次黄 次红 计 数 器 组 合 逻 辑 电 路 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 2 1 2 2 总体要求 1 设计要求 可用LED模拟交通灯 主道路绿 黄 红灯亮的时间分别为60秒 5秒 25秒 次道路绿 黄 红灯亮的时间分别为20秒 5秒 65秒 主 次道路时间指示采用倒计时制 用2位数码管显示 2 扩展部分 主 次道路绿 黄 红灯亮的时间可以预置 主 次道路绿 黄 红灯亮的时间可以分别调整 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 3 2 交通灯原理分析 2 1 系统设计以及运行状态的分析转换 城市十字路口红绿灯控制系统主要是负责控制主干道与支干道的红绿灯的状态和转 换顺序 关键是各个状态之间的转换和进行适当的延时 根据设计要求可采用如下设计 1 当主干道的绿灯亮时 支干道的红灯亮 并保持相应的时间 2 当主干道的绿灯 黄灯亮 支干道的红灯亮时 保持相应时间 3 当主干道的红灯亮时 支干道的绿灯亮 并保持相应时间 4 当主干道的红灯亮 支干道的绿 黄灯亮时 并保持相应时间 5 最后又回到 1 状态 并周期重复进行 由以上设计 可以得出交通灯控制器的 4 种状态 对应的状态迁移过程如下表 表 2 1 交通灯控制器的 4 种状态 状态主干道支干道时间 0 绿灯亮 允许通行红灯亮 禁止通行60 秒 1 黄灯亮 停车红灯亮 禁止通行5 秒 2 红灯亮 禁止通行绿灯亮 允许通行20 秒 3 红灯亮 禁止通行黄灯亮 停车5 秒 状态 2 状态 3 状态 0 状态 1 图 2 1 状态转换图 2 2 系统总体结构框图的设计 根据以上的分析 可能得出系统的总体结构框图如下所示 可以得知 该十字路口 交通灯控制系统的设计分为以下几个部分 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 4 1 秒脉冲发生器 产生1Hz的秒脉冲 用来给系统提供时钟脉冲CP 使之正常工作 2 可预置时间的减计数器 进行适当的调整输入信号 使能达到想要的结果 并 且能在显示器上按预定规则显示 3 状态控制器 根据需要以及当前的显示 控制主 支干道各个灯的状态 4 定时置数与控制电路 对于交通灯的亮与灭的时间间隔 使减计数器进行时间 的预置 再经定时控制控制其的显示 作用时间 5 状态译码器 对于输入数码管的信号 经过状态译码管则可转换为十进制的输 出 在数码管上显示相应的规定时间 计时显示器 可预置时间 的减计数器 脉冲发生器 主干道信 号灯 定时置数 电路 定时控制 器 状态译码 器 状态控制 器 支干道信号 灯 图 2 2 十字路口交通灯系统总体框图 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 5 3 方案设计选择与论证分析 3 1 方案设计 根据以上的原理分析与设计的要求 可以得到设计方案的基本思想 即是先设计各 个模块 让其实现预期的功能 再进行组合 实现总体的功能 对于脉冲发生器而言 可使用振荡器进行设计 计时显示器用数码管显示 可以将主 支干道显示共用一组数 码管 也可以分别用各自的数码管显示 至于三色灯 也可以这么设计 可预置时间的 减计数器 必须在有触发信号的时候实现转换 置数并且能正常的减计数 这就要考虑 到定时置数电路的设计了 分别可以设计 65 秒 60 秒 25 秒 20 秒以及 5 秒的置数 根 据状态译码器 可以返回当前的显示状况 把信号传向定时置数器 实现定时置数电路 向减计数器的信号传递 再将状态信号送到状态控制器 实现状态的保持或者转换 根据以上的分析 可以得出以下几个方案 3 1 1 方案一 根据分析功能与设计要求 可以用 12 片减计数的芯片 如 74LS192 实现上述功能 其总体电路图如下所示 初始状态设置为主干道绿灯亮 支干道红灯亮 在电路工作后 各个灯的显示均设置为灯亮的时间 该设计的主要思路是将当前状态的借位信号与秒脉 冲通过与门一起作为该状态减计数端的触发信号 减计数器 74LS192 的借位输出端在电 路正常工作后即输出高电平 如果向高位借位 则会输出低电平 触发状态的转换 进 而封锁当前的状态 进入下一状态 至于交通灯的模拟显示 则可用三色信号灯来实现 将计数器的各个灯的借位输出端信号接到相应的三色灯输出显示 三色灯的接法可以 根据实际的情况进行改变 做到接线精确而少的目的 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 6 图 3 1 方案一的总体电路图 3 1 2 方案二 EDA 技术是现代电子设计技术的核心 依靠功能强大的电子计算机 在 EDA 工具软件 平台上 对以硬件描述语言 HDL Hardware Description Language 为系统逻辑描述手 段完成的设计文件 自动地完成逻辑编译 化简 分割 综合 优化和仿真 直至下载 到可编程逻辑器件 CPLD FPGA 或专用集成电路 ASIC Application Specific Integrated Circuit 芯片中 实现既定的电子电路设计功能 EDA 技术使得电子电路设计者的工作 仅限于利用硬件描述语言和 EDA 软件平台来完成对系统硬件功能的实现 极大地提高了 设计效率 缩短了设计周期 节省了设计成本 运用 EDA 技术 使用 Verilog HDL 语言 编写程序 借助 Quartus 软件对程序进行仿真 最终达到设计要求 其基本的流程图如 下所示 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 7 原理图程序清单功能仿真 综合 适配 时序仿真 编程下载 FPGA CPLD 图 3 2 交通灯 EDA 流程图 3 1 3 方案三 该种方案的设计思路是将三态门 74LS46 构成的电路作为信号选择输入控制器 将其使能端 G1 接低电平 三片 74LS46 的使能端作为控制端 根据的高低电平 2 G 2 G 将主干道的绿灯 支干道的绿灯和主干道的黄灯的显示情况输入到三态门 三态门的输 出控制着译码显示部分的显示 译码选择采用两片 74LS192 将其置数端接在一起 两借 位输出端通过或门一起作为置数端的控制信号 再将或门的输出通过反相器接到三色灯 的时钟信号端 作为三色灯控制电路的输入信号 三色灯采用一片 74LS163 进行控制 通过时钟脉冲进而实现输出显示 其系统的设计流程图如下所示 主干道绿灯亮 支干道红灯亮 计数器由 60 秒到 0 递减计数 主干道黄灯亮 支干道红灯亮 计数器由 5 秒到 0 递减计数 主干道红灯亮 支干道绿灯亮 计数器由 20 秒到 0 递减计数 主干道红灯亮 支干道黄灯亮 计数器由 5 秒到 0 递减计数 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 8 图 3 3 方案二的系统工作流程图 3 2 方案论证分析与选择 方案一与方案三的基本原理相似 但方案一用到的元器件数量太多 比如减计数器 74LS192 有 12 片 数码管 12 个 能进行设计仿真得出正确的结果 但是在实际工作中一 般不会去选择这个方案 元器件多 电路连接起来复杂 在实际中还需要考虑到布线与 延时 以及环境影响等问题 所以舍弃方案一 方案二利用 EDA 技术 Quartus II 进行仿真设计 就目前来说 这个软件相当的成 熟 能实现既定的电子电路设计功能 并且使硬件与软件很好的联系起来 实现对系统 功能的仿真 但是使用 Verilog HDL 语言编写的程序初学者看起来很复杂 再借助 Quartus II 软件对程序进行仿真 最终达到设计要求很困难 因此 此方案在目前这种 情况下不可取 方案三电路原理简单 其电路设计也较方案一有很大的改进 其数码显示共用两只 数码管就能实现 三态门的运用极大的改善了电路的结构 使电路简单而可靠 而且也 比较符合实际工作的需要 综上所述的分析可以知道 方案三为最优方案 无论从实际情况还是模拟仿真 均 能得到很好的效果 而且其电路简单 直观 比较适合一般场合 所以选择方案三进行 设计 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 9 4 交通灯单元的设计及仿真 4 1 脉冲发生器 脉冲发生器可以采用 555 定时电路进行设计 其引脚图 功能真值表及内部电路图 如下所示 555 定时器有两人比较器 C1 和 C2 各有一个输入端连接到三个电阻 R 组成的 分压器上 比较器的输出接到 RS 触发器上 此外还有输出级和放电管 用 555 定时器构 成的多谐振荡器电路 因内部的比较器灵敏度较高 而且采用差分电路形式用 555 定时 器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度的变化的影响比较小 表 4 1 555 定时器的功能真值表 图 4 1 555 定时器的内部电路图与引脚图 利用 555 构成的多谐振荡器即可实现产生 1Hz 的脉冲信号 根据其产生的信号的占 空比容易调节与否可分为两种形式 两电路原理图分别如下所示 输入输出 RdV1V2VoTd 0 低导通 1 2Vcc 3 Vcc 3 低导通 1Vcc 3 不变不变 1 2Vcc 32Vcc 3 Vcc 3 高截止 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 10 图 4 2 555 定时器构成的多谐振荡器电路 1 图 4 3 555 定时器构成的多谐振荡器输出波形 1 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 11 图 4 4 555 构成的多谐振荡器电路图 2 图 4 5 555 定时器构成的多谐振荡器输出波形 2 通过比较上述两种设计 可以确定为第二种为最优方案 虽然说第一种的波形失真 很小 输出为但它的占空比不是 50 输出的不是秒脉冲 而且调节占空比很难进行 由 于电路中二极管 D1 D2 的单向导电特性 使电容器 C 的充放电回路分开 调节电位器即 可调节多谐振荡器的占空比 继而实现脉冲周期的调节 充电时间为 T1 0 7R1C 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 12 放电时间为 T2 0 7R2C 因而其振荡器的频率为 f 1 Tph Tpl 1 43 R1 R2 C 设 R1 R2 50k 则可得电容 C 大约为 10uf 4 2 状态译码器 以状态控制器输出 QB QA 作译码器的输入变量 根据四个不同通行状态对主 支干道三色信号灯的控制要求 列出如下灯控真值表 其中 G Y R g y r 分别表示 主干道 支干道的绿 黄 红灯 表 4 2 灯控真值表 由灯控真值表可写出六盏灯的逻辑式 经化简获得六盏灯的逻辑式为 B QR B Qr ABQ QY ABQ Qy ABQ QG ABQ Qg 根据灯电路的逻辑函数表达式 可以画出由门电路组成的状态译码器电路 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 如下 图所示 这里选用 74LS163 这一计数器完成对信号的计数状态 其功能真值表与引脚图 如下所示 控制器状态 主干道 支干道 B Q A QRY G ryg 00001100 01010100 10100001 11100010 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 13 图 4 6 三色灯控制电路原理图 图 4 7 74LS163 引脚图 表 4 3 74LS163 功能真值表 画好电路图后 就可以进行仿真了 其仿真的波形如下图所示 逻辑分析仪中 波 形从上到下依次为 R Y G r y g 1 0 分别表示亮与灭 输入输出 CRLDTP C PT C CPD0D1D2D3Q0Q2Q3Q4 0 0000 10 d0d2d3d4d0d2d3d4 1111 计数 110 保持 11 0 保持 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS163 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CR CP D0 D1 D2 D3 CTP GND 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 14 图 4 8 三色灯控制电路的仿真波形 根据仿真波形 当主干道的绿灯 G 为 1 时 只有支干道的红灯 r 为 1 其它灯 全部为 0 当主干道的绿灯为 0 时 主干道的黄灯为 1 而支干道的红灯仍为 1 呈保持状态 其它灯都为 0 当主干道的红灯为 1 时 只有支干道的绿灯 为 1 其它全为 0 当支干道的绿灯为 0 时 支干道的黄灯为 1 主干道 的红灯仍为 1 呈保持状态 依此循环往复 则可知 三色灯控制电路的连接是正确 的 仿真得到了正确的结果 4 3 可预置的减法计数器 选用两片 74LS192 十进制可逆计数器构成 2 位十进制可预置数的减法计数器下图所 示 两片计数器之间采用异步级联方式 利用个位计数器的借位输出脉冲 BO 直接作 为十位计数器的减计数脉冲 DOWN 个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲 选用两只带 译码器功能的七段显示数码管实现两位十进制数显示 D1 C1 B1 A1 和 D0 C0 B0 A0 是十位和个位计数器的 8421 码置数输入端 由 74LS192 功能表可知 该 计数器在零状态时 BO 端输出低电平 将个位与十位计数器的 BO 端通过或门控制两片计 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 15 数器的置数控制端 低电平有效 从而实现了计数器减数至 00 状态瞬间完 LOAD 成置数的要求 将数据输入端的 8421BCD 码置入计数器 可以选择 99 以内的预置数值 实现 0 99s 内的计时显示要求 图 4 9 可预置的减法计数器 图 4 10 七段数码 译码显示 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 16 74LS192 以及 CD4511 的功能真值表和引脚图如下所示 图 4 11 74LS192 与 CD4511 引脚图 表 4 4 74LS192 功能真值表 输入 输出 MR PL UCPDCP3P2P1P0P 3 Q 2 Q 1 Q 0 Q 1 0000 0 0 dcbadcba 0 1 1 加计数 0 1 1 减计数 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 17 表 4 5 CD4511 功能真值表 经仿真 如果在输入端 即 D C B A 端分别置数 如置 0110 0000 数码显示 出的为 60 符合预期的结果 4 4 信号灯顺序定时置数逻辑电路 用同一减法计数器分时显示主 支干道通行时间和主支干道通行转换中黄灯亮的时 间 选用三片 74LS465 作为置数控制端 其输出端分别按高低位排列后 相互连接到递 减计数器的置数输入端 作为置数端的输入信号 其输入端分别拉出来 按高低位排列 三片 74465 的选通控制端 2 G 分别命名为 AG Ag 和 AY 分别表示主干道的绿灯 支 干道的绿灯和主干道的黄灯选通 并完成对递减计数器的预置数 三片 74465 在任何时 刻只有一片选通 其他两片的输出端均处于高阻态 其逻辑电路图如下所示 输入 输出功能或 数字 LT RBI DCBA BI BRO abcdefg 显示字 形 灯灭 0 输入 0000000 灭灯 试灯 0 1 1111111 8 动态灭零 10000000000000 灭灯 0110000111111100 11 0001101100001 21 0010111011012 31 0011111110013 41 0100101100114 51 0101110110115 61 0110100111116 71 0111111100007 81 1000111111118 91 1001111110119 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 18 表 4 6 74465 的功能真值表 图 4 12 定时置数逻辑电路 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 19 5 整机电路的调试及其工作原理 5 1 整机电路图及其仿真结果 图中结合了交通灯单元电路的各个模块 并且仿真结果如下所示 逻辑分析仪中显 示的波形从上到下依次为 R Y G r y g 的波形 由交通三色灯的仿真结果可知 当 G 为 1 时 只有 r 为 1 其它灯全部为 0 当 G 为 0 时 Y 为 1 而 r 仍为 1 呈保持状态 其它灯都为 0 当 R 为 1 时 只有 g 为 1 其它全为 0 当 g 为 0 时 y 为 1 R 仍为 1 呈保持状态 依此循环往复 由译码管显示部分的仿真结果可知 初始状态 即电路闭合但无信号输入到三色灯 控制器 时 数码管显示部分显示 60 且 G 与 r 亮 开关闭合后 数码管显示开始减 计数 在这期间 灯的状态保持为初始状态 当数码管显示的数字递减到 00 的瞬间 数码管显示的数字跳变为 05 并开始了减计数 Y 开始亮 而 G 熄灭 r 仍保持初态 当显示数字变为 00 时 瞬间显示就变为 20 并且开始了减计数 此时 g 与 R 亮 其它全灭 20 秒的减计数到时 瞬间数字显示变了 05 并且开始减计数 此时 y 与 R 亮 其余的全灭 当 5 秒减计数时间到时 数码显示就变为了 60 回到了初始状态 G 与 r 开始亮 又重新进行计数并正常的显示工作 整机仿真结果与单个模块的仿真结果 一致 而且符合设计要求 因此 仿真结果是正确的 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 20 图 5 1 十字交通路口的整体电路原理图 图 5 2 十字路口交通灯逻辑电路的整机仿真结果 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 21 5 2 整机电路的工作原理 初始状态为 G 与 r 亮 且数码管显示 60 通过交通灯的显示使 Ag 与 AG 均处于 高电平 主干道 支干道的定时置数均不工作 而主干道的 AY处于低电平 使主干道的 黄灯的定时置数器工作 从而在数码管上显示 60 当开关闭合时 电路正常工作 数码管进行减计数 低位由非 0 数字变为 0 时 向高位借 1 即借位输出端输出为低电平 高位没有借位 则输出为高电平 通过或门后仍为高电平 减计数电路与译码显示电路 正常工作 并且这时输入到三色灯控制器中的 CLOK 脉冲仍为低电平 没有变化 则三色 灯仍显示初始状态 送入到定时置数端的信号仍保持初始状态未变 当减计数电路由非 0 显示变为 00 状态时 两个借位输出端均输出一个低电平 通过或门 两置数端 得到一个低电平 使其置数端正常工作 与此同时 将的信号经一个反 LOAD LOAD 相器送到三色交通灯控制器的 CLOCK 端 使 CLOCK 收到一个高电平 产生了脉冲的转换 从而实现了状态的翻转 从主干道绿灯 支干道红灯亮 变为主干道黄灯 支干道红灯 亮 在主干道黄灯亮的同时 经过一个非门将信号送到 AY端 从而使主干道的 AY定时 置数端为高电平 使其停止工作 从而实现了从数码减计数显示端到定时置数端的信号 传递 使交通灯按次序亮下去 直到将电源关闭为止 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 22 6 十字路口交通灯的扩展设计 6 1 时间预置的扩展 根据扩展部分的要求 要实现主次道路绿 黄 红灯亮的时间可以预置 则可以在 信号灯定时置数的各个输入端接上一个开关 起到电平转换的作用 当将开关拨向地 时 向该端口输入的即为低电平 若将开关拨向电源时 实现高电平的输入 这样 就可以通过调整输入信号的高低电平 进而调整输入的主干道 次干道的绿 黄灯的显 示时间以及控制各个灯亮的时间 从而实现预置功能 也即实现了各个信号灯的亮的时 间 原理图如下所示 此外 对于 74LS192 的减计数器也可以用同样的方法实现预置的 功能 如下图所示 图 6 1 时间预置的扩展 图 6 2 数码显示的时间预置扩展 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 23 6 2 状态转换的扩展 在现实生活中 交通状况在有红绿灯的情况下有了很大的改善 但是由于一般的交 通灯的各个灯亮与灭的时间是规定的 即它不能根据主 支干道的车流量来进行显示 因而在许多时候交通出现拥堵的现象 因此 可以在主 支干道的十字路口安装传感器 S K 平时处于主干道绿灯 支干道红灯亮 当支干道有车时 传感器发出信号 S 1 主 干道绿灯先转换成黄灯再变成红灯 支干道由红灯变成绿灯 如果支干道继续有车通过 时 则传感器继续有信号发出 使支干道保持绿灯亮 但是 支干道绿灯亮的时间要有 一定的限制 不然会出现交通混乱的现象 如果在支干道传感器的信号 S 1 并且支干道 的绿灯没有超过规定的最大亮的时间的情况下 若主干道的传感器 K 1 则应优先考虑 主干道的交通状况 使主干道的绿灯开始亮 而支干道经过变为黄灯时再变为红灯 这 样就优先保障了主干道的交通状况 改善了整体的情况 其示意图如下所示 当然这要 涉及到单片机的相关知识 这里就不再 赘述 图 6 3 状态转换扩展示意图 S S K K 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 24 7 电路的仿真调试 在各个模块完成后 即可以先实现各个模块的正常 预期的功能 在 EWB 中制作电 路原理图并进行仿真实验 在仿真的过程中 遇到了许多的问题 比如十进制计数器 74LS192 在递减计数时的接法 以及它的高低位借位输出端 置数端的接法 开始时还未 真正的搞清楚其功能真值表的含义 结果费了好大的时间 但是 在经过网络上搜索资 料 最终还是把它给接了出来 在将各个模块连接构成总体电路原理图时 由于各个模 块的相互作用 使得总体电路图往往不知所向 连的一团糟 但是经过将各个模块的精 心组合 先进行构思再连接 则比较满意 连接好电路原理图后就可以进行整机仿真实 验了 结果老是出不来 也不知道是什么原因 反复检查电路的接法 但仍是没有什么 进展 请教了几位同学 后来才发现三色灯的显示部分的输出接法是错误的 改了之后 重新测试 则得到了正确的结果 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 25 8 总结体会与建议 本次