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DZ087
交通灯
控制系统
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DZ087交通灯控制系统1,DZ087,交通灯,控制系统
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设计任务书设计要求和技术指标1、技术指标：设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。2、设计要求（1） 要求甲车道和乙车道上的车辆交替运行，每秒通行时间为25秒种；（2） 要求黄灯先亮5秒种，才能变换车道；（3） 黄灯亮时要求每秒闪亮一次；（4） 要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；（5） 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（6） 拟定测试方案和设计步骤；（7） 写出设计性报告。目录引言交通灯的组成交通灯控制系统的原理框图如图12、1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该 系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中： TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。 由它控制定时器开始下个工作状态的定时。 图12、1 交通灯控制系统的原理框图两方向车道的交通灯的运行状态共有4种(因人行道的交通灯和车道的交通灯是同步的,所以不考虑)，如图1-2所示状态0支干道绿灯亮状态1支干道黄灯亮状态2主干道绿灯亮状态3主干道黄灯亮图1-2一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道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，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。 交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示。控制器状态信号灯状态车道运行状态S0（00）S1（01）S2（11）S3（10）甲绿，乙红甲黄，乙红甲红，乙绿甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行甲车道缓行，乙车道禁止通行甲车道禁止通行，乙车道通行甲车禁止道通行，乙车道缓行12-3 控制器工作状态及其功能 控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定： AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮； AR=1：甲车道红灯亮； BY=1：乙车道红灯亮；由此得到交通灯的ASM图，如 图12-2所示。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。12-2画出交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）3单元电路的设计（1）秒脉冲发生器脉冲信号发生器用的是555定时器构成多谐震荡器，震荡频率为： f=1.43/(R1+2R2)C电路图如下图：秒脉冲产生器（2）定时器定时器由与系统秒脉冲（由上面时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如表12、2所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计 图12、2 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。74LS163的外引线排列图74LS163时序波形图表12、2 74LS163功能表定时器电路图（3）控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TL 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。表12、3 控制器状态转换表根据表12、3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（ ）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图12、5所示。图中R、C构成上电复位电路 。图 12、5控制器逻辑图（4）译码器 译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。表12、4控制器状态编码与信号灯关系表状态AG AY ARBG BY BR001 0 00 0 1010 1 0001100 0 1100110 0 1010(5)交通信号灯六个发光二极管 5、整个交通灯控制系统的布局见副表七.PCB的制作1. 原理图的绘制 把副表的原理图在Protel99中绘制出来。 2PCB的排线3Protel99的3D图 仿真过程与效果分析1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有个时间显示器，6个交通信号灯。但由于芯片没有,只有用实验室的示波器来看秒脉冲时间。2、打开总开关，便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，打开总开关，东西方向车道的绿灯亮；南北方向车道的红灯亮，示波器，显示时间为25秒，然后黄灯以每一秒的速度闪亮，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。再过4秒后，电路又转换成预置的25秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红灯。如此循环下去。具体时间见下图： 南北东西时间（S）绿灯黄灯红灯绿灯黄灯红灯100000250100014001100001010 交通灯校验时间图元器件清单 集成电路 74LS74 1片 74LS10 1片 74LS09 1片 74LS153 2片 74LS163 3片 74LS00 1片 74LS04 1片 N555 1片 芯片座若干 电容 10F , 0.01F , 1F , 0.1F 各一支 电阻 47K 两个 1K 一个发光二极管 6 个 体会总结通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。电路原理和连接，和芯片上的选择,也略懂。巩固数字逻辑电路的理论知识， 方案总共只用了八个芯片，对163计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等.使DJ触发器从书本上的理论知识联系到实际,让我更加了解它的功能.还有如何利用555芯片产生秒脉冲.计数器的工作原理。 更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。同时也加强了PCB板的制作，使之更加很好的利用Protel 99；协作的重要性。我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。 鸣谢 本次关于简易交通灯的设计与制作是在俞斌老师以及其他辅导老师的精心指导下，和同组内其他成员的共同交流下才得以顺利完成。经过本次设计把我在大学学习数电年来所学的理论知识转化为实际应用，既锻炼了我们的实际操作能力，又使理论知识得以加强和升华，激发了创新意识。同时也要感谢衡阳远达公司，为我们提供电子元器件。特别感谢与我同组的
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