交通燈控制邏輯電路設(shè)計課程設(shè)計

1、電工學(xué) （ 少學(xué)時 ）課程設(shè)計中國人民公安大學(xué)交通燈控制邏輯電路設(shè)計設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)1、技術(shù)指標(biāo)： 設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路 , 每條道路上各配有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過停車線的車輛禁止通行， 已過停車線的車輛繼續(xù)通行； 綠燈表示該道路允許通行。該電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)十字路口自動化。2. 、設(shè)計任務(wù)與要求一 . 基本功能1 設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時間都設(shè)為 25 秒；2 要求黃燈先亮 5 秒，才能變換運(yùn)行車道；3 黃燈亮?xí)r，要

2、求每秒鐘閃亮一次基本擴(kuò)展功能1. 信號燈的倒計時2. 進(jìn)行數(shù)字顯示三特色擴(kuò)展功能1.定時控制信號周期。實際應(yīng)用：我們燈控路口的每天都存在著低峰時段（如夜間），不需要設(shè)置信號燈的周期，以便節(jié)省能源。我們設(shè)計在一個周期的某一時間段內(nèi)，將交通信號燈自動關(guān)閉。第 8 個周期運(yùn)行，第 1-7 個周期停止運(yùn)行）實現(xiàn)手動對關(guān)閉周期的時間控制。 （周期在 20和 40之間通過開關(guān)控制）2. 定時控制信號周期，實現(xiàn)在一個時段內(nèi)的不對稱周期。實際應(yīng)用： 我們燈控路口的每天都存在著某時段 （如兩個車道中的一個車道需要長周期），便于交通。我們設(shè)計在一個周期的某一時間段內(nèi)，將交通信號燈變?yōu)椴粚ΨQ的信號車道為 70 秒，

3、B車道為30秒）。暫時設(shè)置為（第8個的半個周期（30秒）（自動設(shè)置為半個周期）運(yùn)行，加第 7個的上半周期（ 70秒），形成一個不對稱周期。第 7個下半周期和1-6 個周期正常運(yùn)行）目錄一、交通燈的組成二、單元電路的設(shè)計1、秒脈沖發(fā)生器.72、定時器.83、控制信號發(fā)發(fā)生器 .104. 控制綠燈顯示器 .135. 控制器 .146、附加功能（ 1 ）.177、附加功能（2）會 .18總?cè)?、體結(jié)14四、鳴謝16五、參考文獻(xiàn)17一交通燈的組成交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖 12、1 所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器 和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。 秒脈沖發(fā)生器是該 系統(tǒng)中定時器和控制器的標(biāo)準(zhǔn) 時鐘

4、信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作， 控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中：TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為 25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=O。TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1,否則，TY=0bST:表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。圖 12、 1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖兩方向車道的交通燈的運(yùn)行狀態(tài)共有 4 種，如圖 1-2 所示000 oo oo000000000ooeoooooe狀態(tài)2OO 2狀態(tài)3主干道主

5、干道oooooo般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過程如下:(1) 圖甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔 TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號 ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。TY時，控制器(2) 甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔 發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。(3) 甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。(4) 甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示

6、甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編 碼為00、01、11、10，并分別用SO、S1、S3 S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示?？刂破鳡顟B(tài)信號燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)SO（ 00）甲車道通行，乙車道禁止通行S1 （01）甲車道緩行，乙車道禁止通行S2（ 11）S3（ 10）甲紅，乙綠甲紅，乙黃甲車道禁止通行，乙車道通行甲車禁止道通行，乙車道緩行12-3控制器工作狀

7、態(tài)及其功能控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定:AG=1甲車道綠燈亮;BG=1乙車道綠燈亮;A =1:甲車道黃燈亮;BY =1:乙車道黃燈亮;A R=1 :甲車道紅燈亮;BR=1 :乙車道紅燈亮；（A代表甲車道，B代表乙車道，G為綠燈,Y為黃燈,R 為紅燈）由此得到交通燈的 ASM圖，如 圖12-2所示。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為 SO用狀態(tài)框表示SO）,當(dāng)SO的持續(xù)時間小于 25秒時，TL=O（用判斷框表示TL），控制器保持SO不變。只有當(dāng)SO的持續(xù)時間等于25 秒時,TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號 ST （用條件輸出框表示 S

8、T），并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂 ASM圖所表達(dá)的含義。12-2畫出交通燈控制器的 ASMAlgorithmic State Machine ，算法狀態(tài)機(jī)）單元電路的設(shè)計1 ）秒脈沖發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器直接由集成元件。2）定時器定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由上面時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構(gòu)成,要求計數(shù)器在狀態(tài)信號 ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零幵始進(jìn)行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號計數(shù)器選用集成電路兩個 74LS190D進(jìn)行設(shè)計。74LS190是10位二進(jìn)制同步12、計數(shù)器，它具有清零、置數(shù)的功能。74LS190D的外引線

9、排列圖和時序波形圖如圖4所示，其功能表如表12、2所示。190的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（LD ） 為低電平時，不管時鐘 CP的狀態(tài)如何，輸出端（QCQ3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（DA D3）相一致的狀態(tài)。190的計數(shù)是同步的，靠 CP加在4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。當(dāng)計數(shù)控制端（CT ）為低電平時，在 CP上升沿作用下 QA Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當(dāng)計數(shù)方式控制（ U /D ）為低電平時進(jìn)行加計數(shù)，當(dāng)計數(shù)方式控制 U /D ）為高電平時進(jìn)行減計數(shù)。只有在CP為高電平時CT和U /D才可以跳變。190有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計數(shù)溢出時，進(jìn)位/錯位輸出端（CO/BO輸出一個低電

10、平脈沖，其寬度為 CP脈沖周期的高電平脈沖;行波時鐘輸出端（RC ）輸出一個寬度等于CP低電平部分的低電平脈沖。CTpCTT是計 圖12、2交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CC是進(jìn)位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，QA Q3是數(shù)據(jù)輸出端。由兩片74LS163級聯(lián)組成的定時器電路如圖12、4所示。74LS190D的外引線排列圖74LS190時序波形圖輸出輸入CLKU/DLOADABCDRCOQAQBQCQD000000100001101000100010011000100001表12、2 74LS190D功能表圖為計時器的構(gòu)成(兩個 74IS190D )通過對個位和十位的或門的0,輸入給load,實

11、現(xiàn)初始狀態(tài)的置數(shù)，之后將u/d接高電平，從而實現(xiàn)倒數(shù)計時。之后由30倒數(shù)至0時，或門得0,又實現(xiàn)置數(shù)功能。如此循環(huán)下去，實現(xiàn)計數(shù)功能。(2) 控制信號發(fā)生裝置信號發(fā)生原理信號發(fā)生原理TY信號即為00的置位信號，即只需將load的接口引出即可。(3) 控制綠燈顯示器通過主控定時器控制綠燈顯示器，通過對綠燈計時器25位置產(chǎn)生信號與主計時器5位置產(chǎn)生的信號及時沖脈沖進(jìn)行與運(yùn)算，輸出信號來控制輸出信號。對時沖脈沖進(jìn)行操作。從而實現(xiàn)綠燈顯示在紅燈運(yùn)行25秒后，從而實現(xiàn)使其脈沖信號中斷5秒，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確計時。主控計時器時間段25位置信號5位置信號輸出信號30-250失效沒有鎖定5-011鎖定000解鎖(4

12、) 控制器控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表12、3所示。選用兩個JK觸發(fā)器jk-ff 接入或門電路做為時序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)，J、K端由高電平控制。使用其計數(shù)功能。JK-FF外接引線表J辛A CLE -JK FF表12、3控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表J、J1K、K1TYTLQQ1ARAGAYBRBGBY111010100010110111100001111001010100110100001100根據(jù)表12、3、可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程，其方法是：將Q Q1和AG為1的項所對應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中&q

13、uot;1"用原變量表示，"0"用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程:ARQ1QQQ1AGQq1AYQQ1BRQq1QQ1BGqQ!BYQQ1, 實現(xiàn)每個根據(jù)以上方程，對其化簡得 AR=Q、D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值（ Q1、Q0加到D觸發(fā)器輸入端作為控制信號即可實現(xiàn)控制器的功能。控制器的邏輯圖如圖12、5 所示。黃燈閃爍可由時鐘脈沖來解決，當(dāng)信號為 1 的時候，采用或門電路，從而使信號燈失去作用，實現(xiàn)鎖定。當(dāng)信號為 0 的時候?qū)獬i定。同時信號的1、0 變換，使黃燈實現(xiàn)閃爍。圖 12、5 控制器邏輯圖（5 ）附加功能（ 1）信號周期定

14、時關(guān)閉的實現(xiàn)當(dāng)信號周期傳達(dá)到給計時器時，計時器進(jìn)行倒計時，當(dāng)?shù)褂嫊r到8 時，輸出信號QA QB QC的值為1、1、1，經(jīng)過與門之后輸出 KL=1,再與時沖脈沖經(jīng)過與門后,將信號燈鎖住。其原理圖如下。圖為信號周期發(fā)生圖圖為輸出信號發(fā)生裝置APCD時沖攤普信號互控制信部L ：；嚴(yán)d I I .74LS32rf :-CTSti- - - 704 -2D qgM：W> CLK l-t:40n：Bq_5V：:圖為對交通燈的鎖定示意圖(6 )附加功能(2)定時控制信號周期，實現(xiàn)在一個時段內(nèi)的不對稱周期通過jk觸發(fā)器的輸出端Q進(jìn)行計時，輸入到下圖所示的計數(shù)器，當(dāng)QA QBQC同為1時，計數(shù)器顯示為7從

15、而通過或非門電路輸出信號 1.如下圖所示通過信號1來控制兩個74L190D中的C端的電位，實現(xiàn)對周期的同時改變。當(dāng)信號為0時則不發(fā)生作用，周期不變。如下圖所示三.體會總結(jié)通過這次課程設(shè)計，加強(qiáng)了我們小組的思考和解決問題的能力。電路原理和連接，和芯片上的選擇。鞏固數(shù)字邏輯電路的理論知識,實現(xiàn)第一種附加功能方案用了 36個芯片，實現(xiàn)第二種附加功能方案用了29個芯片。對190計數(shù)器更加了解,懂得它的功能與其它芯片替換等.使D觸發(fā)器從書本上的理論知識聯(lián)系到實際，讓我更加了解它的功能.更重要的是如何將邏輯電路靈活運(yùn)用于實際生活。我覺得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)，平時看課本時，有時問 題老是

16、弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些觸發(fā)器的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，做了課程設(shè)計后就 完全了解其作用。雖然我們小組的交稿時間較晚，但是我們獨(dú)立的實現(xiàn)了擴(kuò)展功能。并在別人的 基礎(chǔ)上實現(xiàn)了基本功能的改進(jìn)。從剛幵始什么都不懂，到最后請教別人做到了基本 功能，然后又改進(jìn)別人的基本功能，進(jìn)而自己獨(dú)立做出擴(kuò)展功能。突然覺得得到一個好的分?jǐn)?shù)不是一件重要的事情。真正重要的是在這次設(shè)計中 學(xué)到了一些東西。不僅僅是電路上的知識，更是一種科研能力、獨(dú)立思考的能力、 對知識的熱愛。正如老師您所說，若干年之后，可能所學(xué)的知識都忘掉了，但是這 件事永存在我們的記憶中