交通灯设计数电课程设计报告Word下载.doc
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(1)甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都设为25秒。
(2)每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道。
(3)黄灯亮时,要求每秒钟闪亮一次。
选做扩展功能:
(4)十字路口有数字显示灯亮时间,要求灯亮时间以秒为单位作减计数;
(5)要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。
目录
一、交通灯设计原理………………………………………………4
二、单元电路的设计……………………………………………....8
1、秒脉冲发生器……………………………………………..8
2、定时器………………………………………………….…..9
3、控制器…...………………………………………………..11
4、译码器……………………………………………...……..14
5、显示部分………………………………………………...16
6.整个交通灯控制系统的布局……………………………...17
三、仿真过程与效果分析................................................................17
四、元器件清单................................................................................19
五、体会总结....................................................................................20
六、参考文献....................................................................................21
七、附录
一.交通灯设计原理
交通灯控制系统的原理框图如图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),如表1所示
表1
信号灯状态
车道运行状态
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
甲车道禁止通行,乙车道缓行
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表2所示
表2控制工作状态及其功能
控制器状态
S0(00)
S1(01)
S2(11)
S3(10)
甲车禁止道通行,乙车道缓行
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,跳转到S1,这时当S1持续时间小于5秒时TY=0,控制器保持S1不变,只有当持续时间等于5秒时,控制器发出状态转换信号ST(用条件输出框表示ST),也就是说每跳转一次持续总时长为30秒,然后转换到下一个S2状态,满足条件又跳到S3的总时长30秒工作状态。
依此类推可以弄懂ASM图所示表达的含义。
ARBY
ST
AGBR
1
TY
TL
ARBG
AYBR
图2.画出交通灯控制器的ASM
三.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:
图3秒脉冲产生器
图4秒脉冲产生器结果
(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0开始进行加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。
其功能表如表
所示。
表中,LD’为置数端,RD’为清除端,EP,ET为使能端。
图4则为两片74LS163连接的定时电路图。
表374LS163功能表
CLK
RD’
LD’
EPET
工作状态
X
↑
XX
01
X0
11
置零
预置数
保持
保持(C=0)
计数
图574LS163组成定时器电路图
还可以用74LS160来实现这个定时器。
但是由于该芯片不是二进制而为十进制计数器,在进行拓展是更加方便。
其定时器电路图如下:
图674LS160组成的定时器电路图
(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。
控制器原理图如图7所示。
由两个双多路转换器74LS153和一个双D触发器74LS74组成控制器。
触发器记录4种状态,多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换。
电路逻辑图如下:
图7控制器逻辑图
其原理为:
CLK分别送给U7A和U7B的3和11的清零端。
将TY接入U4的5和U5的4和5;
TY非接入U4的4;
TL接入U4的10和U5的3和6;
TL非接入U4的13。
如上图所示:
74LS74两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。
选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数,将触发器的的现态值加到74LS153的数据选择端作为控制信号,即可实现控制器的功能。
(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4所示。
表4控制器状态编码与信号灯关系表
Q1Q0
AG绿灯
AY黄灯
AR红灯
BG绿灯
BY黄灯
BR红灯
00
01
11
10
通过与门来简洁翻译成两路交通的亮灭,其中,黄灯的闪烁,是通过时钟信号的高低电平和Q1,Q0的状态控制其亮灭及闪烁。
下图为译码器及交通灯部分的电路图:
图8译码器及交通灯电路图
将定时器输出的TY。
TY非;
TL。
TL非分别作用于控制器的芯片74LS153中,在CLK脉冲置于芯片74LS74中会输出高低变化的电平。
控制器中的信号在送给由芯片74LS08组成的译码器后再通过电路中的指示灯和200欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路,这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。
(5)显示部分
显示部分由74LS48和共阴极七段数码管组成,74LS48作为译码器,对74LS160的输出信号进行译码,然后通过七段数码管显示出74LS160的计数。
即交通灯需要显示的时间。
其设计
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