電子技術(shù)課程設(shè)計通信號燈控制電路的設(shè)計

1、電子技術(shù)課程設(shè)計 -交通信號燈控制電路的設(shè)計學(xué)院：機電與汽車工程學(xué)校專業(yè)：機械電子工程一班學(xué)號：08490112 姓名： 1. 設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)指標和要求設(shè)計任務(wù)：設(shè)計制作一個十字路口交通信號燈的控制電路設(shè)計要求： 1、主干道經(jīng)常通行 ；2、支干道有車才通行 ；3、主支干道都有車時，兩者交替通行，并要求主干道每次至少放行30秒，支干道每次至多放行20秒；4、每次綠燈變紅燈時，要求黃燈先亮五秒鐘（此時原紅燈不變）交通信號燈控制電路的工作原理有這樣一個十字交叉路口如圖1所示。每個路口都設(shè)有交通信號燈，紅燈表示禁止通行；綠燈表示可以通行；紅綠燈交替時，黃燈表示已越過停車線的車輛繼續(xù)通行，而停車線內(nèi)

2、的車輛停止運行。b車道車輛多而a車道車輛少，所以b經(jīng)常通行而a有車才通行，a、b都有車時按照規(guī)定的時間交替通行。（ b干道為主干道，a干道為支干道）ab圖 1路口車輛運行情況有以下四種：a: b車道通行，a車道不通行。b: b車道停車，a車道不通行。c: b車道不通行，a車道通行。d: b車道不通行，a車道停車。這就是求主控制電路也有四種狀態(tài)： 首先，假設(shè)b車道通行，有車輛過來，這時“b綠燈”和“a紅燈”亮，；此時a車道來車，b車道無車，傳感器發(fā)出信號，使a燈黃燈而b燈紅燈，黃燈延時后，計時器發(fā)出信號使b燈亮紅燈而a亮綠燈，這時a車道的車可以通行了；a車道無車后，傳感器又發(fā)出信號讓a亮黃燈，b

3、燈亮紅燈，之后重復(fù)上述內(nèi)容。若兩車道同時有車時，通過傳感器和計時器發(fā)出的信號不斷切換，以保證車道運行通暢。當只要有一條道沒車時，計數(shù)器不計數(shù)，只亮燈。設(shè)計方案方框圖根據(jù)交通信號燈的工作原理可知，本設(shè)計由傳感器、譯碼驅(qū)動電路、主控制器、計時器、時鐘信號組成，具體的框圖如下圖2所示。圖 21：計時器主要是完成30秒、20秒、5秒的計時任務(wù)，向主控制器發(fā)出相應(yīng)的定時信號，來控制a、b干道通車時間以及紅黃綠燈的時間轉(zhuǎn)化。2：傳感器監(jiān)測a、b干道是否有車，如果有車就向主控制器發(fā)出信號。3：時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈沖信號，即cp信號，確保整個電路裝置同步工作并實現(xiàn)定時控制。4：主控制器主要是根據(jù)傳感器

4、和計時器送來的信號，保持或改變電路的狀態(tài)，以實現(xiàn)對a、b干道的車輛運行狀態(tài)的控制。5：譯碼驅(qū)動電路按照主控制器的狀態(tài)進行譯碼，在驅(qū)動紅黃綠燈進行轉(zhuǎn)變，指揮路上的車輛和行人。由上，將圖2框圖進一步的變化，使之更明確，詳細，即下圖3圖 3二、主控制電路的設(shè)計a、b干道都沒有紅黃綠燈，所以它們在正常情況下工作是發(fā)亮的燈只有以下四種可能：（ b干道為主干道，a干道為支干道）：b干道通行b綠燈a紅燈：b干道停車b黃燈a紅燈：a干道通行b紅燈a綠燈：a干道停車b紅燈a黃燈a： 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖根據(jù)上面所述四種可能，可畫出下圖4的狀態(tài)轉(zhuǎn) 圖 4假設(shè)：b道有車表示為：a=1，無車：a=0a道有車表示為：b=1，無車

5、：b=0a、 b道有車過30秒為：l=1未過30秒為：l=0a、 b道有車過20秒為：s=1未過20秒為：s=0黃燈亮過5秒表示為：p=1未過5秒：p=0b干道通行狀態(tài)表示為：s0b干道停車狀態(tài)表示為：s1a干道通行狀態(tài)表示為：s2 a干道停車狀態(tài)表示為：s3由上述可將圖4轉(zhuǎn)化為圖5：圖5 b： 選擇觸發(fā)器的數(shù)目并進行狀態(tài)分配： 由上可得狀態(tài)數(shù)目為四，則n=四，選n個觸發(fā)器須滿足以下關(guān)系 ：2nn=4 所以：n=2選j、k觸發(fā)器，兩個觸發(fā)器的狀態(tài)輸出為：q1q2可令：s0=00，s1=01，s2=11，s3=10c: 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表; a b l s pq2n q1n q2n+1 q1n+1 0

6、0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0表（二）注：表中為任意狀態(tài)d： 求狀態(tài)方程根據(jù)表（二）可以寫出狀態(tài)方程q1n+1、q2n+1并化簡如下：q2n+1=pq2nq1n+abq2nq1n+absq2nq1n+bq2nq1n+absq2nq1n+pq2nq1n=pq2nq1n+abq2nq1n+abq2nq1n+bq2nq1n+pq2nq1n=pq2nq1n+bq

7、2nq1n+bq2nq1n+pq2nq1n=pq2nq1n+q2nq1n+pq2nq1n=pq2nq1n+q1n+pq1nq2n=pq1n*q2n+q1np*q2nq1n+1=abq2nq1n+ablq2nq1n+pq2nq1n+pq2nq1n+abq2nq1n+absq2nq1n=abq2nq1n+ablq2nq1n+q2nq1n+abq2nq1n+absq2nq1n=a+albq2nq1n+q2nq1n+a+asbq2nq1n=a+lbq2nq1n+q2nq1n+a+sbq2nq1ne:求驅(qū)動方程jk觸發(fā)器的特性方程為： qn+1 =jqn+kqn=albq2nq1n+q2nq1n+asb

8、q2nq1n=albq2nq1n+q2n+asbq2nq1n 根據(jù)d中兩式觸發(fā)器的驅(qū)動方程為：=albq2nq1n+q2n+asbq1n=albq2n*q1n+asbq2n*q1nj2=pq1n j1albq2n k1=asbq2nf:邏輯電路圖根據(jù)e的驅(qū)動方程，可將控電路的邏輯電路圖畫出，如下圖6所示。元件選擇：兩塊jk觸發(fā)器、與非門、與門、非門、或門。圖6主控制電路邏輯電路圖圖 6圖中右上方輸出端為，右下方輸出端為。三、計時電路的設(shè)計 根據(jù)a、b干道的通車情況、通車時間以及黃燈切換時間的要求，需要30秒，20秒，5秒的計時器。30秒計時器是在a、b車道都有車的時候，處于b干道通行的狀態(tài)是開

9、始計時，30秒后會發(fā)出信號給主控秒計時器一樣制器，并產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖使計時器復(fù)位。20秒計時與30，也是在亮干道都有車時，并且主控制電路處于a干道通行狀態(tài)時開始計時。5秒計時器主要用于延時，使已經(jīng)出線的車輛通行，所以是在a干道通行或者b干道通行時開始計時的，待到規(guī)定時間分別輸出s=1,p=1的信號，使計時器恢復(fù)。元件選擇：74160ttl可預(yù)置四位二進制異步清除計數(shù)器，采用置數(shù)法實現(xiàn)各進制的計數(shù)1674160（十進制）引腳說明：1、 clr,低電平清零，同不清零2、 clk，時鐘信號，上升沿有效3-6a-d,置數(shù)輸入端7、10-epet=1時，應(yīng)許計數(shù)8、16-地、電源9-ld，低電平置數(shù)，異

10、步清零11-14，計數(shù)器輸出端15-c，進位輸出端1：30秒計時器電路如圖7所示：有兩個74160計時器，高、低位片接十進制，高位片接2，低位片接9，正好組成三十進制的計數(shù)器,cp脈沖是頻率為1hz的秒信號。開始計時條件：a、b車道都有車，主控制器處于 狀態(tài)即 =00，譯成邏輯函數(shù)式為ab =1是開始計算。用路燈情況反饋來控制計時開始，當ab =1是主干綠，支干紅為1，cp信號進入計時器，開始計時：圖 7由上圖可見兩片的進輸入cp端接1hz的脈沖，低電平的輸出端rco輸出c接高電位的一個置數(shù)端，當?shù)诰艂€cp脈沖到來時，低位片的q4q3q2q1=1001,此時c=q4q1=1，當?shù)谑畟€cp脈沖到

11、來時，低位片的q4q3q2q1=0000，此時c=q4q1=0,進位輸出c從1變0成了一個下降沿，正好提供給高位片，使高位片觸發(fā)成q4q3q2q1=001，這樣高位片和低位片合起來就是數(shù)字10，同理也可以產(chǎn)生20及30。結(jié)束計時條件: =1,此信號經(jīng)與非門變成“0”從而使門9接上低電位，使兩計數(shù)器異步清零。2: 20秒計時的電路如圖8所示 開始計時條件是：與30秒計時電路相似，即用路燈情況反饋來控制計時開始。 結(jié)束計時條件是：=1，此信號經(jīng)與非門變成“0”從而使門9接上低電位，使兩計數(shù)器異步清零。圖83: 5秒計時電路如圖 9所示（只需一個計數(shù)器） 開始條件是：與30秒計時電路相似，即用路燈情

12、況反饋來控制計時開始。 結(jié)束條件是:=1，此信號經(jīng)與非門變成“0”從而使門9接上低電位，使計數(shù)器異步清零。圖 9元件選擇：74160ttl可預(yù)置四位二進制異步清除計數(shù)器 五塊 與非門t065 三塊 四、控制信號燈譯碼電路的設(shè)計主控制電路主要是控制兩干道的紅、黃、綠燈的亮與滅，才能形成四種狀態(tài)。即：令燈亮為“1”，燈滅為“0”，真值表如下表（三）所示：控制器狀態(tài)b干道a干道q2 q1r燈 y燈 g燈r燈 y燈 g燈 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1表（三）由上可以得出各個燈的邏輯表達式：r=q2q1+q

13、2q1=q2y=q2q1g=q2q1r=q2q1+q2q1y=q2q1g=q2q1譯碼電路邏圖如圖10: 下圖中左上角輸入端為，左中角輸入端 圖 10元件選擇：非門、或非門。交通信號燈電路總圖如下圖11由開關(guān)a、b分別表示ab干道有沒有車的情況。有車時為1，沒車時為0只有當a、b都為1時，計數(shù)器才開始計數(shù)，與路燈的變化有規(guī)律的進行變化。否則在其他情況下只有燈在亮。l、s、p分別是從30、20、5計數(shù)器的置數(shù)端輸出。由a、b、l、s、p作為主控制器的輸入端，而輸入端為、。由、作為譯碼器電路的輸入端，控制電路的路燈情況即r、y、g、r、y、g的高低電位。在把路燈的高低電位情況反饋給計數(shù)器，來控制計數(shù)器的計數(shù)情況。在a、b輸入端接出一個電路來控制計數(shù)器，接到清零端，當只要有一端沒車時就停止計數(shù)器的工作即都為零。綜上所述，在a、b不同輸入的情況下，路燈有規(guī)律又合理的變化，計數(shù)器也有規(guī)律又合理的計數(shù)。圖11實驗總結(jié)：通過這次實驗，我把已學(xué)的一大堆理論知識跟實際有機結(jié)合起來，對電工技術(shù)這門課程有更深的掌握，更加了解本課程在現(xiàn)實社會中的應(yīng)用，更加深了我對本課程學(xué)習的興趣。但在實驗中，我學(xué)到了很多，也發(fā)現(xiàn)了自己許多方面有待很大的提高，歸結(jié)如下：一、 課本知識學(xué)得不牢靠，當