交通控制信号灯设计大学论文.docx
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交通控制信号灯设计大学论文
交
通
信
号
控
制
灯
班级：
通信A151
姓名：
张筱
学号：
2015148022
交通信号控制灯
设计要求和技术指标
1、技术指标：
设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。
该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。
2.、设计任务与要求
一.基本功能
1．设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求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．要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；
3．黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。
二．基本扩展功能
1.信号灯的倒计时
2.进行数字显示
三．特色扩展功能
1.定时控制信号周期。
实际应用：
我们灯控路口的每天都存在着低峰时段（如夜间），不需要设置信号灯的周期，以便节省能源。
我们设计在一个周期的某一时间段内，将交通信号灯自动关闭。
（第8个周期运行，第1-7个周期停止运行）
实现手动对关闭周期的时间控制。
（周期在20和40之间通过开关控制）
2.定时控制信号周期，实现在一个时段内的不对称周期。
实际应用：
我们灯控路口的每天都存在着某时段（如两个车道中的一个车道需要长周期），便于交通。
我们设计在一个周期的某一时间段内，将交通信号灯变为不对称的信号（A车道为70秒，B车道为30秒）。
暂时设置为（第8个的半个周期（30秒）（自动设置为半个周期）运行，加第7个的上半周期（70秒），形成一个不对称周期。
第7个下半周期和1-6个周期正常运行）
1、交通灯的组成……………………………………………........3
二、单元电路的设计……………………………………………....8
1、秒脉冲发生器……………………………………………..8
2、定时器………………………………………………….…..8
3.控制器.…………………………………………………….....10
三、心得体会....................................................................................14
一．交通灯的组成
交通灯控制系统的原理框图如图12、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，译码器输出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：
TL:
表示甲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，TL=1，否则，TL=0。
TY：
表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
定时时间到，TY=1，否则，TY=0。
ST：
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个工作状态的定时。
图12、1交通灯控制系统的原理框图
两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如图1-2所示
状态0
支干道
绿灯亮
状态1
支干道
黄灯亮
状态2
主干道
绿灯亮
状态3
主干道
黄灯亮
图1-2
一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：
（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。
表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。
绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。
（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。
表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。
黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。
表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。
表示甲车道禁止通行，乙车
道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。
黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第
（1）种工作状态。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。
设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示。
控制器状态
信号灯状态
车道运行状态
S0（00）
S1（01）
S2（11）
S3（10）
甲绿，乙红
甲黄，乙红
甲红，乙绿
甲红，乙黄
甲车道通行，乙车道禁止通行
甲车道缓行，乙车道禁止通行
甲车道禁止通行，乙车道通行
甲车禁止道通行，乙车道缓行
12-3控制器工作状态及其功能
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；（A代表甲车道，B代表乙车道，G为绿灯，Y为黄灯，R为红灯）
由此得到交通灯的ASM图，如图12-2所示。
设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0
（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。
只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。
依此类推可以弄懂ASM图所
表达的含义。
12-2．画出交通灯控制器的ASM
（AlgorithmicStateMachine，算法状态机）
二．单元电路的设计
（1）秒脉冲发生器
脉冲信号发生器直接由集成元件。
（2）定时器
定时器由与系统秒脉冲（由上面时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
计数器选用集成电路两个74LS190D进行设计。
74LS190是10位二进制同步计数器，它具有清零、置数的功能。
74LS190D的外引线排列图和时序波形图如图12、4所示，其功能表如表12、2所示。
190的预置是异步的。
当置入控制端（LD）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（D0～D3）相一致的状态。
190的计数是同步的，靠CP加在4个触发器上而实现。
当计数控制端（CT）为低电平时，在CP上升沿作用下Q0～Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
当计数方式控制（U/D）为低电平时进行加计数，当计数方式控制U/D）为高电平时进行减计数。
只有在CP为高电平时CT和U/D才可以跳变。
190有超前进位功能。
当计数溢出时，进位/错位输出端（CO/BO）输出一个低电平脉冲，其宽度为CP脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端（RC）输出一个宽度等于CP低电平部分的低电平脉冲。
CTp、CTT是计图12、2交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q3是数据输出端。
由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。
74LS190D的外引线排列图
74LS190时序波形图
输入
输出
CLK
U/D
LOAD
A
B
C
D
RCO
QA
QB
QC
QD
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
表12、274LS190D功能表
图为计时器的构成（两个74ls190D）
通过对个位和十位的或门的0，输入给load,实现初始状态的置数，之后将u/d接高电平，从而实现倒数计时。
之后由30倒数至0时，或门得0，又实现置数功能。
如此循环下去，实现计数功能。
（3）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。
从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。
选用两个JK触发器jk-ff接入或门电路做为时序寄存器产生4种状态，J、K端由高电平控制。
使用其计数功能。
JK-FF外接引线表
表12、3控制器状态转换表
J、J1
K、K1
TY
TL
Q
Q1
AR
AG
AY
BR
BG
BY
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
根据表12、3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：
将Q、Q1和AG…为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：
根据以上方程，对其化简得AR=Q、
实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（Q1、Q0）加到D触发器输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。
控制器的逻辑图如图12、5所示。
黄灯闪烁可由时钟脉冲来解决，当信号为1的时候，采用或门电路，从而使信号灯失去作用，实现锁定。
当信号为0的时候将会解除锁定。
同时信号的1、0变换，使黄灯实现闪烁。
图12、5控制器逻辑图
三．体会总结
通过这次课程设计，加强了我们小组的思考和解决问题的能力。
电路原理和连接，和芯片上的选择。
巩固数字逻辑电路的理论知识，对190计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等.使D触发器从书本上的理论知识联系到实际,让我更加了解它的功能.更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。
我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些触发器的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，做了课程设计后就完全了解其作用。
突然觉得得到一个好的分数不是一件重要的事情。
真正重要的是在这次设计中学到了一些东西。
不仅仅是电路上的知识，更是一种科研能力、独立思考的能力、对知识的热爱。
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