十字路口自动红绿灯指挥系统课程设计报告

1、 仪器学院 课 程 设 计 报 告课程设计名称：十字路口自动红绿灯指挥系统 专业班级： 组 长： 组 员： 成 绩： 指导教师： 开课时间： 20112012 学年 一 学期目录一、设计题目··································&

2、#183;········ 1二、主要指标及要求····································· 1三、方案选择·

3、·········································· 1四、工作原理分析······&#

4、183;································ 2五、单元模块设计及分析···············&

5、#183;················· 25.1控制器设计······························

6、83;·······25.2定时器设计······································65.3 时钟信号脉冲发生器设计&#

7、183;·························75.4译码器设计·······················

8、;··············· 85.5延时电路设计·································

9、··· 9六、总电路图··········································· 10七、仿真及结果分析

10、3;···································· 11八、设计心得············&

11、#183;······························ 11九、参考文献·················

12、3;························· 13一设计题目十字路口自动红绿灯指挥系统 二主要指标及要求 1.自动完成绿黄红绿工作循环；2.每种信号灯亮的时间不等，如：绿灯亮20秒黄灯亮5秒红灯亮15秒，如此循环；3.用倒计时的方法，数字显示当前信号的剩余时间，提醒行人和司机；4(*) 信号灯的时间分别可调，以适应不同路口，不同路段交通流

13、量的需求。 选题的意义：交通信号灯是我们日常生活中常见的，也是交通系统只不可或缺的一部分，选择这个课题有助于我们对交通指挥系统的了解，更有助于我们将理论运用于实际中，对于我们以后进行其余的课题研究有很好的积极作用。三、方案选择 四、工作原理分析绿红黄灯工作分三个阶段，即控制器有三个状态T0、T1、T2。在状态T0停留20秒，此间绿灯亮，然后转至状态T1。在状态T1停留5秒，此间黄灯亮。5秒后转至T2，在状态T2下，红灯亮15秒，15秒后返回状态T0。红绿灯控制系统由控制器、定时器、时钟信号脉冲发生器、译码器以及延时电路组成。控制器有3个输入信号：TS=19，TM=4，TL=14；3个状态信号：

14、T0、T1和T2，编码分别为00、01、10，由Q1Q0表示。一个输出信号W：表示状态转换。三个状态信号分别控制绿红黄三种颜色的灯。W是计数器的回零信号。五、 单元模块设计及分析5.1控制器设计列出状态转换表如表1所示，由状态转换换表可推出状态方程和状态转换信号如下： Q1n+1=Q1nQ0nTM+Q1 nQ0nTL Q0n+1=Q1nQ0nTs+Q1nQ0nTM W=Q1nQ0nTS+Q1nQ0nTM+Q1nQ0nTL表5.1.1输 入输 出现 态状态转换条件次 态转换信号Q1n Q0nTS=19S TM=4S TL=14SQ1n+1 Q0n+1W0 00 00 10 11 01 00 &#

15、215; ×1 × ×× 0 × × 1 ×× × 0× × 10 00 10 11 01 00 0010101利用中规模集成电路实现控制器。控制器有三个状态，选择两个D触发器F1和F0组成控制时序电路的时序逻辑部分，其驱动方程就是控制器的状态方程，选择2个四选一数据选择器(74LS153)M2、M1组成控制器时序电路的组合逻辑部分。将触发器的现态作为数据选择器的选择变量，即BA=Q1nQ0n,状态转换信号TS、TM、和TL作为数据选择器的输入信号，绿红黄灯控制器的逻辑图如图2所示,图

16、中C0对应TS，C1对应TM，C2对应TL。对于数据选择器M1和M2，设控制器现态Q1nQ0n=BA=00，由选择器M1和M0选择的数据分别为Y2=0，Y1=TS，即Y2Y1=0TS，由状态转换方程可知，正是00的次态，若TS=0，Y2Y1=00，若TS=1，Y2Y1=01；当现态Q1nQ0n=BA=01，选择器M1、M2选择的数据Y2Y1为TM和TM的非，由状态转换方程可知，正是01状态的次态；同理，当现态Q1nQ0n= BA=10，选择器M1、M2选择的数据Y2Y1为TL的非和0，是10状态的次态。由此可见，数据选择器M1、M2所选择的数据是控制器的次态数据，图2所示的逻辑电路能够满足要求

17、。 74LS153是双向数据选择器：双向是指经过选择，把多路数据中的一组数据传到公共数据线上，实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，74153是一个双四选一的数据选择器，它是由两组四选一数据选择器，共有54/74152、54/74LS153、54/74S153三种线路结构模式。74153的管脚功能表：表5.1.2 表5.1.3 真值表： 74153管脚图:7474芯片及其管脚图：5.2定时器设计定时器选用可逆计数器74192，它提供19、14、4秒的定时信号分别控制控制器状态的转换，当倒计数到零时，计数器产生的回零信号W提供给控制器的TS、TM、TL，

18、使不同颜色交通灯状态发生跳转。计数器由两片74192构成，由双D触发器的输出Q1Q0决定预置时间，Q1Q0=00时，预置时间为1秒，Q1Q0=01时，预置时间为14秒，Q1Q0=10时，预置时间为4秒。当倒计数到零时，由两个借位输出端B0产生信号通过延时电路控制LD端置数。具体见图3。图3：表5.2.1 74192集成计数器的逻辑功能表：清零预置使能预置数据输入数据输出 R0LDCPuCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0 H×××××××LLLL LL××DCBADCBA LH上升沿H×

19、15;××加法计数 LHH上升沿××××减法计数192 为可预置的十进制同步加/ 减计数器， 共有54192/74192，54LS192/74LS192 两种线路结构形式。其主要电特性的典型值如下： 192 的清除端是异步的。当清除端（LR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能。192 的预置是异步的。当置入控制端（LD）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（AD）相一致的状态。192 的计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在4 个触发器上而实现。在CPD、CPU上

20、升沿作用下Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。 5.3 时钟信号脉冲发生器设计主要用来产生秒脉冲信号。脉冲信号的频率可调，所以可以采用555组成多谐振荡器，其输出脉冲作为下一级的时钟信号。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在516V工作，最大负载电流可达200mA，7555可在318V工作，最大负载电流可达4mA，因而其输出可与

21、TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555定时器构成多谐振荡器，组成信号产生电路 接通电源后，VCC通过电阻R1、R2给电容C充电，充电时间常数为（R1+R2），电容上的电压vC按指数规律上升，当上升到VREF1=2VCC/3时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，RS=10，触发器被复位，放电管T28导通，此时v0输出低电平，电容C开始通过R2放电，放电时间常数约为R2C，vC下降，当下降到VREF2=VCC/3时，比较器C1输出低电平，C2输出高电平，RS=01

22、，触发器被置位，放电管T28截止，v0输出高电平，电容C又开始充电，当vC上升到时VREF1=2VCC/3，触发器又开始翻转。如此周而复始，输出矩形脉冲。其电路原理图如图4所示。 图4：由555定时器构成的时钟信号脉冲发生器5.4译码器设计控制器状态与信号灯的关系如下表所示。选用74LS138译码器对系统状态变量进行译码，再经过非门产生高电平有效的三色灯控制信号G、Y、R。译码器逻辑图如图5所示。表5.4.1 控制器状态与信号灯的关系 状态Q1Q0GYR000110100 010001 图5：译码器逻辑图5.5延时电路设计倒计数到零时，由计数器产生的回零信号促使控制器状态跳转，跳转后的Q1Q0

23、给计数器重新置数，同时回零信号将低电平送入LD置数有效，Q1Q0必须在LD得到低电平前已发生跳转并给计数器置数端置数好，所以必须让回零信号通过一个延时电路输出给LD，用可调的RC延时电路，既方便又简单。具体电路如图6所示。 图6：RC延时电路六、 总电路图：七、分析仿真结果及在设计过程中，我们进行了多次仿真，不断对电路进行修改，最后得到了以上总电路图。在第一次仿真时，结果是电路无法翻转计数，当第一状态结束，即绿灯状态19秒计时完后，它又直接计数19并不再计数；于是我们又对电路各个模块进行排查，最后确定电路正确，且与方案没什么冲突，这是我们猜想是192芯片的BO溢出信号出少了一个延时电路，是的溢出信号还来不及让D触发器翻转，就直接输给192的LOAD端使其直接计数，并一直保持低电平；分析出原因后，我们给电路加上了延时电路，再次进行仿真。再次仿真发现第一个状态结束后，电路翻转，但从99开始计时，以后都是如此反复，这是我们意识到是延时时间长了，于是经过多次修改，最终将参数配置成功，完成了仿真。八、 设计心得体会此次课程设计以三人为一组，倒是带有点三个臭皮