交通灯数电课程设计

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基于数字集成芯片的交通信号灯课程设计
交通灯定时控制系统的设计与制作 引言 现如今,随着人口和汽车的日益增长,城市交通益拥挤,人们的安全问题也日 益重要。因此,红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯 常用于十字路口,用来控制车的流量,提髙交叉口车辆的通行能力,减少交通事故。 有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。 自从交通灯诞生以来,其内部的电路控制系统就不断的被改进,设计方法也开始 多种多样,从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来,随着 电子与计算机技术的飞速发展,电子电路分析和设计方法有了很大的改进,电子设计 自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段,这些为交通灯控制电路的 设计提供了一定的技术基础。 本设讣通过采用数字电路对交通灯控制电路的设训,提出使交通灯控制电路用数字信 号自动控制十字峰口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安 全通行,实现十字路口交通管理的自动化。因此,在本次课程设计里,将以传统的设计 方法为基础来实现设计交通控制信号灯。本实验设计目的是培养数字电路的能力,掌 握交通信号灯控制电路的设计方法。 二、设计任务及系统功能简介 基本功能: (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。 2.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099s内任意设定 实现的原理与电路 2、设计原理 (1)分析系统的逻辑功能,画出其框图 交通灯定时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,译码器输岀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 T:表示中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,T1=1,否则T=0 Tr:表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到,T=1,否则,T=0。 Sr: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 开始下一个工作状态的定时。 定时器 秒脉 甲车道信号灯 冲 控制器 译码器 乙车道信号灯 图1交通灯控制系统原理框图 2)画出交通灯控制系统的ASM(算法状态机)图 般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1 表1 控制器状态信号灯状态 车道运行状态 S0(00)甲绿,乙红甲车道通行,乙车道禁止通行 S(01)甲黄,乙红甲车道缓行,乙车道禁止通行 甲红,乙绿甲车道禁止通行,乙车道通行 S2(10)甲红,乙黄甲车道禁止通行,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;BR=1:乙车道红灯亮。 由此得到交通灯的ASM图,如图2所示 AG BR AR BY T AR BG AY BR T 图2交通灯控制系统的ASM图 (3)单元电路的设计 秒脉冲信号发生器的设计 图1-4秒脉冲信号发生器本实验采用55定时器组成秒脉冲信号发生器 因为该电路的输出脉冲的周期T≈0.7(R1+2R2)·C,若T=1s,令C2=10uf,R1=47Kg2, 那么R2≈47K。其它参数为:C1=10nF。如图3所示。 R1 47k U1 E R2 R 47k DC TE》, TR TH C2 本1 NE555 10u 1OrF TEXT: 图1-4秒脉冲发生器原理图 定时器 用74LS190直接构成减法讣数器,时钟脉冲上升沿到来时,在控制信号ST的作用 下,计数器以减计数向控制器提供TY、TL的时间信号。 74LS190是同步十进制可逆计数器,用它进行减计数与数字显示倒计时相符合。 74S190可以级联,只需要2片即可向控制器提供T、TY的信号,倒计数可在数字显 示电路中实现。用74S190节省材料,节约成本,而且由于经常应用,囚而使用起来 较方便,具有其独特的优良性。如图4所示。 图中U4为个位计数器,U2为十位计数器。U4由555定时器供给其脉冲。当其从9 计数到0时,产生一个低电平,随即有一个上升沿,供给U2做时钟脉冲,此时U2计 数减一,实现两片芯片的级联。由于整个电路是从30计数,减一到01,再恢复至30 重新开始计数,所以,芯片由二者的TC共同与非再置数。输入分别为0000(0和0011 (3)。 U5: C moveon 74LSOC EAT≥ ss888 U2 U4 74L8190 74Ls190 TEx下 STEXT> 吕吕 u-| 可 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。列出控制器的状态转换表,如表1-6所示。选用两个D触发器74LS74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利TY,当控制器处于Q1n+1Q0n+1 三00状态时,如果仉L≡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"表小。其余情况依次类推, 就可以列出了状态转换信号ST。 表1-6控制器状态转换表 输出 现态 状毒转换案件 次态 状态转换信号 01n TL Q1+1 Qon+1 又 0 00n 1111 1 0 1 根据上表可以推出状态方程和转换信号方程,其方法是:将Qr、Q。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用原变量表小,"0"用反变量表 示,然后将各与项相或,即可得到下面的方程 Q1+l= on 1 Q04+Q1 Q0+Cl Qo Q0+l=onon 0It+Q1Q0+Q1Q0rt Q1 QoTi+Q1 Q0+Q1Q0II+Q1 Qo 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的薮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1-7所示。图中R、C构成上电复位电路。由一个双多路转换器 74S153和一个双D触发器74S74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科状态的相互交换 U10:A L8 1X0 TY 1X1 01 TY非 CLK 1X3 非 2X2 74Ls74 288 TL非一 74s153 U10:B D200 CLK -0 74LS74 R C3 图1-7交通灯控制器 其原理为:将TY接入5;TY非接入的4。如上图所示:74LS74两个D触发器作为 时序寄冇器产生4种状态。选用数据选择器7S153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 译码器 译码电路 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1-8 所示。表中A、B代表甲、乙车道 表1-8控制器状态编码与信号灯关系表

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