交通控制信號燈設計

1、<p><b>　　交</b></p><p><b>　　通</b></p><p><b>　　信</b></p><p><b>　　號</b></p><p><b>　　控</b></p><p

2、><b>　　制</b></p><p><b>　　燈</b></p><p><b>　　班級：通信A151</b></p><p><b>　　姓名：張筱</b></p><p>　　學號：2015148022</p><p

3、><b>　　交通信號控制燈</b></p><p><b>　　設計要求和技術指標</b></p><p>　　1、技術指標：設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

4、制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉換，實現(xiàn)十字路口自動化。</p><p>　　2.、設計任務與要求</p><p><b>　　一.基本功能 </b></p><p>　　1．設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行，每次通行時間都設為25秒；</p><p>　　2．要求黃

5、燈先亮5秒，才能變換運行車道；</p><p>　　3．黃燈亮時，要求每秒鐘閃亮一次 。</p><p><b>　　二．基本擴展功能</b></p><p><b>　　1.信號燈的倒計時</b></p><p><b>　　2.進行數(shù)字顯示</b></p>&

6、lt;p><b>　　三．特色擴展功能</b></p><p>　　1.定時控制信號周期。</p><p>　　實際應用：我們燈控路口的每天都存在著低峰時段（如夜間），不需要設置信號燈的周期，以便節(jié)省能源。</p><p>　　我們設計在一個周期的某一時間段內，將交通信號燈自動關閉。（第8個周期運行，第1-7個周期停止運行）</p&

7、gt;<p>　　實現(xiàn)手動對關閉周期的時間控制。（周期在20和40之間通過開關控制）</p><p>　　2.定時控制信號周期，實現(xiàn)在一個時段內的不對稱周期。</p><p>　　實際應用：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。</p><p>　　我們設計在一個周期的某一時間段內，將交通信號燈變?yōu)椴粚ΨQ的信號

8、（A車道為70秒，B車道為30秒）。暫時設置為（第8個的半個周期（30秒）（自動設置為半個周期）運行，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個周期正常運行）</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　交通燈的組成……………………………………………........3</p><p>　　二、單

9、元電路的設計……………………………………………....8</p><p>　　1、秒脈沖發(fā)生器……………………………………………..8</p><p>　　2、定時器………………………………………………….…..8</p><p>　　3.控制器.…………………………………………………….....10</p><p>　　三、心得體會....

10、................................................................................14</p><p><b>　　一．交通燈的組成</b></p><p>　　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

11、器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅動電路后驅動信號燈工作，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=0。 TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。 ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號

12、。 由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。</p><p>　　圖12、1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)共有4種，如圖1-2所示</p><p>　　一般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過程如下：</p><p>　?。?）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

13、燈亮足規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。   （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TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(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

14、制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。   （4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車</p><p>　　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)轉換信號ST，系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。     交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉換

15、是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示。</p><p>　　12-3 控制器工作狀態(tài)及其功能 </p><p>　　控制器應送出甲、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動信號合二為一，并作如下規(guī)定：      

16、; AG=1：甲車道綠燈亮；      BG=1：乙車道綠燈亮；      AY=1：甲車道黃燈亮；      BY=1：乙車道黃燈亮；     A R=1：甲車道紅燈亮； 

17、60;  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）</p><p>　　由此得到交通燈的ASM圖，如 圖12-2所示。設控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當S0的持續(xù)時間小于25秒時，TL=0</p><p>　?。ㄓ门袛嗫虮硎綯L），控制器保持S0不變。只有當S0的持續(xù)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST

18、（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所</p><p><b>　　表達的含義。</b></p><p>　　12-2．畫出交通燈控制器的ASM</p><p>　　（Algorithmic State Machine，算法狀態(tài)機）</p><p><b>　　二．單元電路

19、的設計</b></p><p><b>　?。?）秒脈沖發(fā)生器</b></p><p>　　脈沖信號發(fā)生器直接由集成元件。</p><p><b>　?。?）定時器</b></p><p>　　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)器構成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用

20、下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增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TL。</p><p>　　計數(shù)器選用集成電路兩個74LS190D進行設計。74LS190是10位二進制同步計數(shù)器，它具有清零、置數(shù)的功能。74LS190D的外引線排列圖和時序波形圖如圖12、4所示，其功能表如表12、2所示。190 的預置是異步的。當置入控制端（ LD ）為低電平時，不管時鐘CP

21、 的狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端（D0～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)。當計數(shù)控制端（CT ）為低電平時，在CP 上升沿作用下Q0～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。當計數(shù)方式控制（U /D）為低電平時進行加計數(shù)，當計數(shù)方式控制U /D）為高電平時進行減計數(shù)。只有在CP 為高電平時CT 和U /D 才可以跳變。</p><p>

22、;　　190 有超前進位功能。當計數(shù)溢出時，進位/錯位輸出端（CO/BO）輸出一個低電平脈沖，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。CTp、CTT是計 圖12、2 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進位輸出端，D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0～Q 3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。</p><p>　　74

23、LS190D的外引線排列圖</p><p>　　74LS190時序波形圖</p><p>　　表12、2 74LS190D功能表</p><p>　　圖為計時器的構成（兩個74ls190D）</p><p>　　通過對個位和十位的或門的0，輸入給load,實現(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

24、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。</p><p><b>　?。?）控制器</b></p><p>　　控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉換表，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。 <

25、/p><p>　　JK-FF外接引線表</p><p>　　表12、3 控制器狀態(tài)轉換表</p><p>　　根據(jù)表12、3、可以推出狀態(tài)方程和轉換信號方程，其方法是：將Q、Q1和AG…為1的項所對應的輸人或狀態(tài)轉換條件變量相與，其中"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： &

26、#160;  根據(jù)以上方程，對其化簡得AR=Q、,實現(xiàn)每個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?？刂破鞯倪壿媹D如圖12、5所示。</p><p>　　黃燈閃爍可由時鐘脈沖來解決，當信號為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。當信號為0的時候將會解除鎖定。同時信號的1、0變換，使黃燈實現(xiàn)閃爍。</p>

27、<p><b>　　三．體會總結</b></p><p>　　通過這次課程設計，加強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，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用于實際生活。</p><p>

28、;　　我覺得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，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，做了課程設計后就完全了解其作用。</p><p>　　突然覺得得到一個好的分數(shù)不是一件重要的事情。真正重要的是在這次設計中學到了一些東西。不僅僅是電路上的知識，更是一種科研能力、獨立思考的能力、對知識的熱愛。&l