太原理工大學(xué)交通信號(hào)燈控制器課程設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)摘要摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，交通有了巨大的改善，馬路上的車流量也逐漸增加，經(jīng)常出現(xiàn)堵車現(xiàn)象，對(duì)人們的出行造成了極大地影響，合理的交通控制顯得更加重要。其中，交通信號(hào)燈的智能控制越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用74LS系列集成電路進(jìn)行模擬，實(shí)驗(yàn)性的實(shí)現(xiàn)了交通信號(hào)燈控制器的基本功能。關(guān)鍵字：信號(hào)燈 智能控制 交通二、設(shè)計(jì)目的通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，應(yīng)該掌握以下內(nèi)容（1）學(xué)習(xí)數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的一般方法。（2）要求學(xué)會(huì)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題。（3）靈活掌握部分74LS系列集成電路的使用。（4）掌握Multisim仿真軟件的應(yīng)用。（5）掌握常用元器件的識(shí)別與測(cè)量。（6）了解實(shí)際電路調(diào)試和解決問題的

2、基本方法。三、設(shè)計(jì)要求由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成交叉十字路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉道口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、綠、黃3色燈。紅燈禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則使行駛中的車輛有時(shí)間?？康浇咕€外。用紅、綠、黃3色發(fā)光二極管作信號(hào)燈，用傳感器或用邏輯開關(guān)代替?zhèn)鞲衅髯鳛闄z測(cè)車輛是否到來(lái)的信號(hào)，設(shè)計(jì)制作一個(gè)交通燈控制器。在主干道和支干道均設(shè)有車輛檢測(cè)傳感器，用以檢測(cè)道路是否有車輛，用開關(guān)模擬。當(dāng)某一道路有車而另一道路無(wú)車時(shí)，則該車道處于長(zhǎng)允許通行的狀態(tài)。當(dāng)主、支干道均有車時(shí)，兩者交替允許通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行25s，設(shè)立45s和25s計(jì)時(shí)顯示電路。當(dāng)主干道

3、允許通行綠燈亮?xí)r，支干道亮紅燈。而只感到允許通行亮綠燈時(shí)，主干道紅燈亮。在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換中間，要亮5s的黃燈作為過(guò)渡，以使行駛中的車輛有時(shí)間停到禁止線外，設(shè)置5s計(jì)時(shí)顯示電路。四、設(shè)計(jì)原理4.1交通路口模擬圖主干道支干道G1Y1R1G2Y2R2倒計(jì)時(shí)顯示圖1 交通路口模擬圖4.2交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)移表態(tài)序主干道支干道時(shí)間1綠燈亮，允許通行紅燈亮，不許通行45s2黃燈亮，停車紅燈亮，不許通行5s3紅燈亮，不許通行綠燈亮，允許通行25s4紅燈亮，不許通行黃燈亮，停車5s表1 交通燈狀態(tài)表4.3交通信號(hào)燈控制器系統(tǒng)框圖圖2 交通信號(hào)燈控制器系統(tǒng)框圖計(jì)數(shù)器構(gòu)成的不同模值的計(jì)數(shù)電路45s定時(shí)25

4、s定時(shí)5s定時(shí)傳 感 器主 干 道紅 黃 綠R1 Y1 G1支 干 道紅 黃 綠R2 Y2 G2移位寄存器構(gòu)成的控制電路4.4交通信號(hào)燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖3 交通信號(hào)燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖狀態(tài)S0=1狀態(tài)S1=1狀態(tài)S2=1狀態(tài)S3=1持續(xù)45S持續(xù)25S持續(xù)5S持續(xù)5S主干道支干道時(shí)間到，若支干道有車，主干道無(wú)車，則交通燈保持時(shí)間到，若主干道有車，支干道無(wú)車，則交通燈保持4.5主要集成電路芯片的功能（1）移位寄存器74LS194移位寄存器是一個(gè)具有移位功能的寄存器，是指寄存器中所存儲(chǔ)的代碼能夠在移位脈沖的作用下一次左移或右移。既能左移又能右移的稱位雙向移位寄存器，只需要改變左、右移的控制信號(hào)便

5、可實(shí)現(xiàn)雙向移位要求。根據(jù)移位寄存器存取信息的方式不同分為：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出4種形式。本設(shè)計(jì)選用4為雙向通用移位寄存器74LS194，其邏輯符號(hào)如圖所所示。圖4 74LS194邏輯符號(hào)其中，D0、D1、D2、D3為并行輸入端；Q0、Q1、Q2、Q3為并行輸出端；SR為右移串行輸入端；SL為左移串行輸入端；S0、S1為操作模式控制端；CLR為直接無(wú)條件清零端；CP為時(shí)鐘脈沖輸入端。74LS194有5種不同操作模式：即并行送數(shù)寄存；右移(方向由Q3Q0)；左移(方向由Q0Q3)；保持及清零?？刂贫薙0、S1的狀態(tài)決定移位寄存器的操作。表2 移位寄存器74LS194功能表（2）集

6、成計(jì)數(shù)器74LS192集成計(jì)數(shù)器74LS192是雙時(shí)鐘觸發(fā)4位二進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器。其中，CR為清除信號(hào)，高電平有效；LD位置入控制信號(hào)，低電平有效；CPU為加法計(jì)數(shù)脈沖；CPD為減法計(jì)數(shù)脈沖。圖5 74LS192邏輯符號(hào)表3 集成計(jì)數(shù)器74LS192功能表五、單元電路設(shè)計(jì)5.1 循環(huán)及控制電路的設(shè)計(jì)T45、T25、T5=0代表時(shí)間未到，T45、T25、T5=1代表時(shí)間已到；A=1代表主干道有車，A=0代表主干道無(wú)車；B=1代表支干道有車，B=0代表支干道無(wú)車。T5=1T25=1且A=1T5=1T5=0T25=0或A=0S2S3S0S1T45=0或B=0T5=0T45=1且B=1圖6 循環(huán)狀

7、態(tài)轉(zhuǎn)移圖BAS0S1S2S3G1Y1R1G2Y2R2說(shuō)明1×1000100001當(dāng)T45=1且B=1時(shí)，S0S1××0100010001當(dāng)T5=1時(shí)，S1S2×10010001100當(dāng)T25=1且A=1時(shí)，S2S3××0001001010當(dāng)T5=1時(shí)，S3S0表4 循環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表用移位寄存器及附加控制電路控制狀態(tài)的循環(huán)，移位寄存器的時(shí)鐘控制信號(hào)（CLK）：控制移位寄存器的移位，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移。 T=0代表計(jì)時(shí)器時(shí)間回到0，T=1代表計(jì)時(shí)器時(shí)間未到0。用開關(guān)模擬傳感器檢測(cè)是否有車的信號(hào)A、B分別代表主、支干道的車流量狀況，A=1代表主干道有

8、車，B=1代表支干道有車。T=0且B=1且S0=1或T=0且A=1且S2=1或T=0且AB或T=0且AB且(S1或S3)移位寄存器時(shí)鐘控制信號(hào)圖7 循環(huán)電路圖8 循環(huán)控制電路5.2 計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)用兩片74LS192構(gòu)成計(jì)數(shù)電路，通過(guò)移位寄存器控制計(jì)數(shù)器的置數(shù)，并通過(guò)循環(huán)控制電路控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)。圖9 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘控制電路計(jì)數(shù)器（74LS192）時(shí)鐘控制信號(hào):CP=TCP0(外部1HZ時(shí)鐘)圖10 計(jì)數(shù)器電路5.3 顯示電路的設(shè)計(jì)用六個(gè)彩燈，其中紅燈兩個(gè)、黃燈兩個(gè)、綠燈兩個(gè)，用來(lái)表示主干道、支干道的交通燈，用數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)電路。圖11 顯示電路六、器件及參數(shù)選擇6.1 元器件列表元件個(gè)數(shù)數(shù)

9、字電路實(shí)驗(yàn)箱174LS194174LS192274LS32374LS11174LS86174LS27174LS08174LS041表5 元器件列表圖12 元器件圖6.2 元器件引腳功能圖型號(hào)引腳圖功能表74LS19474LS19274LS3274LS1174LS8674LS2774LS0874LS04表6 元件引腳及功能列表七、仿真分析及結(jié)果7.1 仿真過(guò)程（1）在Multisim中按照設(shè)計(jì)好的電路圖連線；（2）分模塊進(jìn)行仿真，觀察狀態(tài)是否正確；（3）整合所有模塊進(jìn)行整體仿真，觀察狀態(tài)；（4）切換開關(guān)的高低電平，查看狀態(tài)是否正確；（5）完成仿真。7.2 仿真中遇到的問題（1）不清楚個(gè)別引腳功能

10、問題；（2）相互之間的控制問題；（3）用開關(guān)控制狀態(tài)的問題；（4）連線過(guò)程中的布局問題。7.3 Multisim仿真圖（1）圖13為交通信號(hào)燈完整仿真原理圖（2）圖14為交通信號(hào)燈仿真功能狀態(tài)圖倒計(jì)時(shí)及置數(shù)電路A、B分別代表主干道、支干道的傳感器，A=0代表主干道無(wú)車，A=1時(shí)有車；B=0代表支干道無(wú)車，B=1時(shí)有車倒計(jì)時(shí)置數(shù)、循環(huán)控制電路倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘控制電路移位寄存器時(shí)鐘控制、循環(huán)控制電路及倒計(jì)時(shí)置數(shù)控制主干道信號(hào)燈支干道信號(hào)燈計(jì)時(shí)顯示電路倒計(jì)時(shí)到零時(shí)的信號(hào)圖13 交通信號(hào)燈完整仿真原理圖主干道信號(hào)燈支干道信號(hào)燈計(jì)時(shí)顯示電路倒計(jì)時(shí)到零時(shí)的信號(hào)圖14 交通信號(hào)燈仿真功能狀態(tài)主干道、支干道有車或都

11、無(wú)車，或支干道有車時(shí)正常循環(huán)正常循環(huán)主干道、支干道有車或都無(wú)車，或主干道有車時(shí)正常循環(huán)正常循環(huán)當(dāng)處于S0狀態(tài)時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，進(jìn)行45s倒計(jì)時(shí)。當(dāng)主干道時(shí)間到，而此時(shí)主干道有車，支干道無(wú)車，因此主干道綠燈保持常亮。當(dāng)處于S4狀態(tài)時(shí)，支干道黃燈亮，主干道紅燈亮，進(jìn)行5s倒計(jì)時(shí)。當(dāng)處于S3狀態(tài)時(shí)，主干道紅燈亮，支干道紅綠亮，進(jìn)行25s倒計(jì)時(shí)。當(dāng)處于S1狀態(tài)時(shí)，主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，進(jìn)行5s倒計(jì)時(shí)。當(dāng)支干道時(shí)間到，而此時(shí)支干道有車，主干道無(wú)車，因此支干道綠燈保持常亮。A=1，B=0時(shí)B=1，A=0時(shí)A=1時(shí)B=1時(shí)八、實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作8.1實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)操作步驟（1）交元件清單，領(lǐng)取元器件。（2）測(cè)試元器件功能是否正確。（3）按仿真原理圖進(jìn)行連線。（4）測(cè)試測(cè)試電路的功能是否正確，若不正確，檢查錯(cuò)誤；若功能狀態(tài)正確，記錄實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。8.2操作中的問題（1）連接線及芯片的測(cè)試問題。（2）由于連線過(guò)多，連線時(shí)需仔細(xì)而耐心。（3）實(shí)際測(cè)試功能狀態(tài)