公路十字路口通行計(jì)時(shí)交通控制器

長(zhǎng)沙學(xué)院2004級(jí)電子與通信工程系應(yīng)用物理專業(yè)光電課程設(shè)計(jì)長(zhǎng)沙學(xué)院2010級(jí)電子與通信工程系數(shù)電課程設(shè)計(jì)7-數(shù)電課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目公路十字路口通行計(jì)時(shí)交通控制器系(部)電信系專業(yè)(班級(jí))姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師起止日期目錄摘要 -4-TOC\o"1-4"\h\u13696一、公路十字路口計(jì)時(shí)交通控制器的設(shè)計(jì)方案 -5-110481.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 -5-231101.2設(shè)計(jì)思路與原理 -5-184631.4.Multisim仿真元器件的選用 -6-19111二、十字路口交通燈電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試 -7-260482.1單元電路原理圖與仿真 -7-224182.2電路Multisim整體仿真結(jié)果與調(diào)試 -9-30518三、Protel原理圖的繪制 -10-15790四.總結(jié)與體會(huì) -11-11277參考文獻(xiàn) -11-公路十字路口通行計(jì)時(shí)交通控制器摘要：在城鎮(zhèn)街道的十字路口中，為保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈。圖1是一個(gè)典型的十字路口的平面位置示意圖：有主干道和支干道兩條道路，每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈。主干道與支干道上的車(chē)輛交替運(yùn)行，主干道上的車(chē)輛比較多，因此主干道的車(chē)輛通行時(shí)間長(zhǎng)，支干道上的車(chē)輛少，因此支干道的車(chē)輛通行時(shí)間短。主干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，時(shí)間為60s;支干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，主干道紅燈亮，時(shí)間為30s。每次綠燈變紅時(shí)，黃燈先閃爍3s(頻率為5Hz)。此時(shí)另一路口的紅燈不變。基于以上規(guī)則設(shè)計(jì)的交通控制器控制十字路口兩組紅、黃、綠交通信號(hào)燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，可以方便地實(shí)現(xiàn)指揮各種車(chē)輛和行人通行實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。關(guān)鍵詞：組合邏輯器件，時(shí)序邏輯器件，交通管理自動(dòng)化。一、公路十字路口計(jì)時(shí)交通控制器的設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、東西向、南北向通行各為30秒，給5秒的黃燈閃爍時(shí)間。2、學(xué)習(xí)掌握時(shí)間倒計(jì)數(shù)器的基本原理，用法；狀態(tài)譯碼器的設(shè)計(jì)方法及一般數(shù)字電路設(shè)計(jì)的基本思路、控制方法；3、電路中各個(gè)IC的主要技術(shù)參數(shù)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明其在電路中的基本作用；將電路在Multisim9中仿真成功，用Protel畫(huà)出電路；1.2設(shè)計(jì)思路與原理1.2.1分析系統(tǒng)的邏輯的功能，畫(huà)出其框圖。 圖1. 交通控制系統(tǒng)原理框圖1.2.2.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(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。1.2.3.定時(shí)器定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)ST作用下，首先清零，然后在時(shí)鐘脈沖下降沿作用下計(jì)數(shù)器從30開(kāi)始進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。1.2.4譯碼器譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出Q1，Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成2個(gè)車(chē)道上的6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)，控制器的狀態(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系。1.4.Multisim仿真元器件的選用表2LM324AD主要技術(shù)參數(shù)元件序號(hào)名稱型號(hào)與主要參數(shù)數(shù)量174LS19274LS19222譯碼器4511BD_5V23數(shù)碼顯示器SEVEC_SEG_COM_A24四2輸入與非門(mén)74LS2025雙4輸入與非門(mén)74LS0046非門(mén)74LS0487LED黃色各2個(gè)綠色紅色874LS11274LS11219二極管1N41484二、十字路口交通燈電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試2.1單元電路原理圖與仿真2.1.130進(jìn)制減計(jì)數(shù)器單元電路計(jì)數(shù)器電路具有60s倒計(jì)時(shí)(計(jì)數(shù)范圍為60～1的減數(shù)計(jì)數(shù)器)、30s倒計(jì)時(shí)(計(jì)數(shù)范圍為30～1的減數(shù)計(jì)數(shù)器)以及3s計(jì)時(shí)功能。此三種計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是由2片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LSl92芯片組成，然后通過(guò)主控制電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，最終各個(gè)方向的倒計(jì)時(shí)共用一套譯碼顯示數(shù)碼管顯示出來(lái)。74LSl92構(gòu)成的計(jì)數(shù)器電路圖如圖4所示：左邊的1片74LSl92芯片為計(jì)數(shù)器的個(gè)位，右邊的1片74LSl92芯片為計(jì)數(shù)器的十位，個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端都接上數(shù)碼管顯示。其中作為個(gè)位數(shù)的74LS192芯片的CLK接的是1Hz時(shí)鐘脈沖。圖2. 74LS192構(gòu)成的計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路構(gòu)成的計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路 2.1.274LS192構(gòu)成的分頻電路計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件，它不僅可用來(lái)計(jì)脈沖數(shù)，而且常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特定的邏輯功能，在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。74LSl92是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器、異步并行置數(shù)功能、保持功能以及清零功能。CLR是清零端，LOAD是置數(shù)控制端。用2片74LSl92可以構(gòu)成二級(jí)十分頻器，將100Hz矩形波100分頻得到1Hz的時(shí)鐘脈沖、通過(guò)20分頻得到5Hz的時(shí)鐘脈沖。100分頻和20分頻電路如圖3所示。圖3. 74LS192構(gòu)成的分頻電路2.1.3主控制電路和信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)主控制電路和信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)用各種門(mén)電路和T觸發(fā)器組成，能實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)電路的轉(zhuǎn)換、各方向信號(hào)燈的控制。主控制電路和信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。圖4中的紅燈1，黃燈1，綠燈1是主干道的三個(gè)交通信號(hào)燈，紅燈2，黃燈2，綠燈2則是支干道的三個(gè)交通信號(hào)燈。圖2中的兩片74LSl92的8個(gè)輸出端用或門(mén)連起來(lái)，接到LD置數(shù)端，決定倒計(jì)時(shí)器是置數(shù)還是計(jì)數(shù)。圖4. 主控制電路工作開(kāi)始時(shí)，LD為O，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，此時(shí)T觸發(fā)器的初始狀態(tài)Q=0，因此預(yù)置數(shù)為30s。置數(shù)完后，LD變?yōu)?，計(jì)數(shù)器開(kāi)始從30s倒計(jì)時(shí)，T觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)Q=1，主干道的紅燈1及支干道的綠燈2亮。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“03”秒時(shí)，由于圖2中的十位計(jì)數(shù)器的QD2，QC2，QB2，QA2與個(gè)位計(jì)數(shù)器的QD1，QC1用一個(gè)或非門(mén)連起來(lái)，使信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，綠燈2滅，黃燈2在這3s內(nèi)以5Hz的頻率閃爍，紅燈1不變。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)“00”時(shí)，LD又變?yōu)?，計(jì)數(shù)器又預(yù)置60s，之后又倒計(jì)時(shí)，如此循環(huán)下去2.2電路Multisim整體仿真結(jié)果與調(diào)試圖5. 公路十字路口通行計(jì)時(shí)交通控制器整體電路電路的倒計(jì)時(shí)顯示首先為30s，支干道的綠燈2亮，支干道的車(chē)輛可自由通行;主干道的紅燈1亮，主干道的車(chē)輛禁止通行。時(shí)間顯示器從預(yù)置的30s，以每秒減1，減到數(shù)3時(shí)，支干道的綠燈2轉(zhuǎn)換為黃燈2，而且黃燈以O(shè).2s(5Hz的頻率)閃一次，其他燈不變。減到數(shù)1時(shí)，1s后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的60s，支干道的黃燈2轉(zhuǎn)換為紅燈2，支干道的車(chē)輛禁止通行，主干道的紅燈1轉(zhuǎn)換為綠燈1，主干道的車(chē)輛可自由通行，如此循環(huán)下去。三、Protel原理圖的繪制首先，設(shè)計(jì)好的電路要在Multisim11里面仿真通過(guò)，然后在Protel里面將仿真通過(guò)的電路圖畫(huà)出來(lái)，定義好封裝，再進(jìn)行電氣檢查，通過(guò)后再創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表，再在PCB制板中引入網(wǎng)絡(luò)表制板，布線等。在Protel中的原理圖：圖5電路工作原理四.總結(jié)與體會(huì)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，讓我更好的了解了以前的知識(shí)，知道了如何把自己以前所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去，同時(shí)也對(duì)過(guò)去的課程相當(dāng)于進(jìn)行了一個(gè)復(fù)習(xí)，對(duì)這些知識(shí)有了更加深刻的了解，也對(duì)軟件的操作有了更好的使用。還有就是對(duì)交通燈的工作方式有了一定的了解。這次課程設(shè)計(jì)還對(duì)我們以后工作有著一定好處，加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力。參考文獻(xiàn)[1]高吉祥、唐朝京．全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程．電子工業(yè)出