太原理工大学交通信号灯控制器课程设计

一、设计摘要摘要：随着社会的开展，交通有了巨大的改善，马路上的车流量也逐渐增加，经常出现堵车现象，对人们的出行造成了极大地影响，合理的交通控制显得更加重要。其中，交通信号灯的智能控制越来越受到广泛的关注和应用。本设计采用74LS系列集成电路进行模拟，实验性的实现了交通信号灯控制器的根本功能。关键字：信号灯智能控制交通二、设计目的通过本次课题设计，应该掌握以下内容〔1〕学习数字逻辑电路设计的一般方法。〔2〕要求学会用理论知识解决实际问题。〔3〕灵活掌握局部74LS系列集成电路的使用。〔4〕掌握Multisim仿真软件的应用。〔5〕掌握常用元器件的识别与测量。〔6〕了解实际电路调试和解决问题的根本方法。三、设计要求由一条主干道和一条支干道的集合点形成交叉十字路口，为确保车辆平安、迅速地通行，在交叉道口的每个入口处设置了红、绿、黄3色灯。红灯禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮那么使行驶中的车辆有时间停靠到禁止线外。用红、绿、黄3色发光二极管作信号灯，用传感器或用逻辑开关代替传感器作为检测车辆是否到来的信号，设计制作一个交通灯控制器。=1\*GB3①在主干道和支干道均设有车辆检测传感器，用以检测道路是否有车辆，用开关模拟。=2\*GB3②当某一道路有车而另一道路无车时，那么该车道处于长允许通行的状态。=3\*GB3③当主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行25s，设立45s和25s计时显示电路。=4\*GB3④当主干道允许通行绿灯亮时，支干道亮红灯。而只感到允许通行亮绿灯时，主干道红灯亮。在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换中间，要亮5s的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线外，设置5s计时显示电路。四、设计原理4.1交通路口模拟图主干道主干道支干道GYRGYR倒计时显示图1交通路口模拟图4.2交通灯状态转移表态序主干道支干道时间1绿灯亮，允许通行红灯亮，不许通行45s2黄灯亮，停车红灯亮，不许通行5s3红灯亮，不许通行绿灯亮，允许通行25s4红灯亮，不许通行黄灯亮，停车5s表1交通灯状态表4.3交通信号灯控制器系统框图图图2交通信号灯控制器系统框图计数器构成的不同模值的计数电路45s定时25s定时5s定时传感器主干道红黄绿R1Y1G1支干道红黄绿R2Y2G2移位存放器构成的控制电路4.4交通信号灯控制器状态转移图图图3交通信号灯控制器状态转移图图状态S状态S状态S状态S持续45S持续25S持续5S持续5S主干道支干道时间到，假设支干道有车，主干道无车，那么交通灯保持时间到，假设主干道有车，支干道无车，那么交通灯保持4.5主要集成电路芯片的功能〔1〕移位存放器74LS194移位存放器是一个具有移位功能的存放器，是指存放器中所存储的代码能够在移位脉冲的作用下一次左移或右移。既能左移又能右移的称位双向移位存放器，只需要改变左、右移的控制信号便可实现双向移位要求。根据移位存放器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出4种形式。本设计选用4为双向通用移位存放器74LS194，其逻辑符号如图所所示。图474LS194逻辑符号其中，D0、D1、D2、D3为并行输入端；Q0、Q1、Q2、Q3为并行输出端；SR表2表2移位存放器74LS194功能表〔2〕集成计数器74LS192集成计数器74LS192是双时钟触发4位二进制同步加/减计数器。其中，CR为去除信号，高电平有效；LD位置入控制信号，低电平有效；CPU为加法计数脉冲；CP图574LS192逻辑符号表3集成计数器74LS192功能表五、单元电路设计5.1循环及控制电路的设计T45、T25TTT且A=1TTT或A=0SSSST或B=0TT且B=1图6循环状态转移图BASSSSGYRGYR说明1×1000100001当T45=1且B=1××0100010001当T5=1×10010001100当T25=1且××0001001010当T5=1表4循环状态转移表用移位存放器及附加控制电路控制状态的循环，移位存放器的时钟控制信号〔CLK〕：控制移位存放器的移位，即状态转移。T=0代表计时器时间回到0，T=1代表计时器时间未到0。用开关模拟传感器检测是否有车的信号A、B分别代表主、支干道的车流量状况，A=1代表主干道有车，B=1代表支干道有车。T=0T=0或T=0或T=0或T=0移位存放器时钟控制信号图7循环电路图8循环控制电路5.2计数电路的设计用两片74LS192构成计数电路，通过移位存放器控制计数器的置数，并通过循环控制电路控制计数器的计数状态。图9计数器时钟控制电路计数器〔74LS192〕图9计数器时钟控制电路图10图10计数器电路5.3显示电路的设计用六个彩灯，其中红灯两个、黄灯两个、绿灯两个，用来表示主干道、支干道的交通灯，用数码管显示倒计时电路。图11显示电路六、器件及参数选择6.1元器件列表元件个数数字电路实验箱174LS194174LS192274LS32374LS11174LS86174LS27174LS08174LS041表5元器件列表图12元器件图6.2元器件引脚功能图型号引脚图功能表74LS19474LS19274LS3274LS1174LS8674LS2774LS0874LS04表6元件引脚及功能列表七、仿真分析及结果7.1仿真过程〔1〕在Multisim中按照设计好的电路图连线；〔2〕分模块进行仿真，观察状态是否正确；〔3〕整合所有模块进行整体仿真，观察状态；〔4〕切换开关的上下电平，查看状态是否正确；〔5〕完成仿真。7.2仿真中遇到的问题〔1〕不清楚个别引脚功能问题；〔2〕相互之间的控制问题；〔3〕用开关控制状态的问题；〔4〕连线过程中的布局问题。7.3Multisim仿真图〔1〕图13为交通信号灯完整仿真原理图〔2〕图14为交通信号灯仿真功能状态图倒计时及置数电路A、倒计时及置数电路A、B分别代表主干道、支干道的传感器，A=0代表主干道无车，A=1时有车；B=0代表支干道无车，B=1时有车倒计时置数、循环控制电路倒计时时钟控制电路移位存放器时钟控制、循环控制电路及倒计时置数控制主干道信号灯支干道信号灯计时显示电路倒计时到零时的信号图13交通信号灯完整仿真原理图主干道信号灯支干道信号灯计时显示电路倒计时到零时的信号主干道信号灯支干道信号灯计时显示电路倒计时到零时的信号图图14交通信号灯仿真功能状态主干道、支干道有车或都无车，或支干道有车时正常循环正常循环主干道、支干道有车或都无车，或主干道有车时正常循环正常循环当处于S0状态时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，进行45s当主干道时间到，而此时主干道有车，支干道无车，因此主干道绿灯保持常亮。当处于S4状态时，支干道黄灯亮，主干道红灯亮，进行5s当处于S3状态时，主干道红灯亮，支干道红绿亮，进行25s当处于S1状态时，主干道黄灯亮，支干道红灯亮，进行5s当支干道时间到，而此时支干道有车，主干道无车，因此支干道绿灯保持常亮。A=1，B=0时B=1，A=0时A=1时B=1时八、实验室实际操作8.1实验室实验操作步骤〔1〕交元件清单，领取元器件。〔2〕测试元器件功能是否正确。〔3〕按仿真原理图进行连线。〔4〕测试测试电路的功能是否正确，假设不正确，检查错误；假设功能状态正确，记录实验状态。8.2操作中的问题〔1〕连接线及芯片的测试问题。〔2〕由于连线过多，连线时需仔细而耐心。〔3〕实际测试功能状态的问题等8.3实验室实际