交通信号灯控制器方案二.docx
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交通信号灯控制器方案二
课程设计报告
（2012--2013年度第一学期）
名称：
交通信号灯控制器
院系：
电气与电子工程学院
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
刘春颖
设计周数：
一周
成绩：
日期：
2013年1月15日
一、课程设计（综合实验）的目的与要求
1.目的和意义
综合电子技术设计是电子技术课程的综合实践教学环节，既涉及到许多理论知识,（设计原理与方法），又涉及到许多实践知识与技能（安装、调试与测量技术）。
通过学生独立进行某一课题的设计安装和调试来完成。
因此它是对学生电子技术课程学习的综合性训练。
随着电子技术的迅速发展，电子电路的应用日益广泛，由电子电路组成的控制系统、测量系统、通信系统等电子技术产品已经深入到各个领域，电子电路的设计越来越显示出其实用性和重要性。
2.基本要求
（1）根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题；
（2）根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表等相关文献资料。
要求通过独立思考、深入钻研课程设计所遇到的问题，培养独立分析、解决问题的能力；
（3）进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则；
（4）学会电子电路的安装和调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。
利用”观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中的问题；
（5）学会撰写课程设计总结报告；
（6）通过课程设计，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，树立一定的生产观点、经济观点和全局观点，尤其是在设计过程中注重勤俭节约的作风的培养，力求设计过程中力争少损坏器件；
（7）课程设计过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。
（8）上机实验中，在机房保持安静，爱护计算机，杜绝打游戏、聊天等一切与课程设计无关的事情。
3．具体实验要求
在一个具有主、支干道的十字路口,设计一个交通灯自动控制装置.红灯（R）亮表示该条道路禁止通行,黄灯（Y）亮为过渡，使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，绿灯（G）亮表示该条道路允许通行。
交通信号灯的框图如图3.5.1所示。
图3.5.1交通信号灯的框图
具体要求如下：
3.1、主支道均无车，主道绿灯，支道红灯；
3.2、主支道一方有车，一方无车，有车方通行；
3.3、主支干道均有车时，两者交替通行，并要求主干道每次至少放行30秒，支干道每次最多放行20秒，仿真用开关代替；
3.4、每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮５秒，此时原红灯不变；
3.5、设计5秒、20秒、30秒计译码显示电路，每秒改变一次显示数字，可以采用正计时，也可以采用倒计时；
3.6、当任意一条路上出现特殊情况，如消防车、救护车等需要优先放行的车辆时，各方向上均为红灯，计时停止。
当特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行。
二、设计正文
1．符号说明
1.1传感器用开关代替
主干道有车:
L=1
支干道有车:
S=1
特殊情况有车:
T=1
1.2计时器设计
30秒计时显示电路计数满30秒：
TL=1
20秒计时显示电路计数满20秒：
TS=1
5秒计时显示电路计数满5秒：
TP=1
2．总体设计思路
总体来看，电路应分成以下五个模块：
主控制器、计时器、传感器代用开关、时钟信号、译码驱动电路。
各模块之间连接关系如图1所示：
图1各模块间连接框图
3.现对各模块的输入输出和连接关系进行说明：
3.1主控制器
（1）信号灯状态与车道运行状态如下：
S1：
主路的绿灯亮，车道通行；支路的红灯亮，车道禁止通行
S2：
主路的黄灯亮，车道缓行；支路的红灯亮，车道禁止通行
S3：
主路的红灯亮，车道禁止通行；支路的绿灯亮，车道通行
S4：
主路的红灯亮，车道禁止通行；支路的黄灯亮，车道缓行
G=1：
主路绿灯亮Y=1：
主路黄灯亮R=1：
主路红灯亮
g=1：
支路绿灯亮y=1：
支路黄灯亮r=1：
支路红灯亮
TL：
30秒计时器TS：
20秒计时器TP：
5秒计时器
传感器用开关代替：
主干道有车:
L表示；支干道有车:
S表示；特殊情况有车:
T表示。
易知一共只有四个状态，可以用两个触发器表示，完整的状态转换图如图2，状态转换表则如表1：
图2主控制器状态图
（2）状态转换图：
表1主控制器状态表
可考虑采用两个JK触发器实现状态转换，输入输出表达式分别如下：
电路图如图3：
控制器电路图
图3主控制器模块电路
3.2传感器代用开关
该部分仅由三个开关构成，用以模拟主干道是否有车，支干道是否有车，是否出现紧急情况。
电路图如图4：
图4传感器代用开关模块
3.3译码驱动电路
译码驱动电路由主控制器获得两个触发器状态Q1，Q2，从传感器代用开关获得T，输出主支干道各灯的控制信号G，R，Y，g0，r0，y0。
这一简单的译码电路可借助门电路来实现。
先列出其各灯的真值表如表2：
G=
；Y=
；R=
+T；
g=
；y=
；r=
+T；
表2各灯的状态表,真值表和表达式
译码驱动电路如图5
图5译码驱动电路模块
3.4计时器电路
十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。
具体为：
当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1，计数方式工作，直至减到数为“０”，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。
倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。
用74LS192计数器构成5、20、30进制计数器。
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，图中：
为置数端，
为加计数端，
为减计数端，
为非同步进位输出端，
为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，
为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
其功能表如下：
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
×
×
×
×
减计数
各进制计时器电路图
图6三十进制计时器图7二十进制计时器
图8五进制计时器
3.4.1各进制计时器的工作原理
（1）在主支干道均有车时，各进制计时器只有相应灯亮时才计数，其余情况都处于置数状态。
（2）在主支干道都无车或者只有一方有车时，各进制计时器均处于置数状态。
（3）在有特殊情况发生时，计时停止，特殊情况消失后，计时恢复原状态。
3.4.2各进制计时器的置数信号
Load30:
=
S+T;load20:
L+T;load5:
+
+T;
图930进制置数端图1020进制置数端图115进制置数端
3.4.3各进制计时器的时钟
为了使得各进制计时器在有特殊情况时可以停止计数，则可以把所加时钟与特殊情况T相或，这样在有特殊情况发生时，T=1，则时钟就无法加到计时器，计时停止。
特殊情况结束后，T=0，时钟又可加到计时器，计时恢复。
图12时钟信号图
3.4.4
各计时器的TP,TS,TL
TL为30进制计时器的各输出端取反之后在与非之后再加一个反相器，TP与TS也是同理。
这样，当各计时器计完到零时，相应的TL（或者TP,TS）就会输出1.
3.5各个模块的连接
各个模块的连接比较简单，只要将各个模块的输入输出连接起来即可。
3.6各部分与总体的调试
分别对主控制器，计时器，脉冲发生器和译码驱动电路进行调试，采用将各个部分之间的接线换成开关的方式，确保每一个部分的电路正常之后，再进行组装。
各个部分调试完毕之后，进行总体的组装调试。
L、S、T用开关用按键A、B、C进行控制。
组合完毕后，启动，开始调试。
3.6.1观察循环是否正常，能不能在S的四个状态之间正常的转变，并且满足要求的秒数。
3.6.2观察当特殊情况T=1的时候，主干道和支干道是不是都是红灯，是否按照设定所有计时暂停。
3.6.3观察当L和S在0和1之间转变，开关的闭合和打开对电路的影响。
以下是总电路图
图13主电路连接
三、课程设计（综合实验）总结
1、问题及其解决方法
开始拿到题目的时候,还不知道怎么去做。
通过这次课程设计，加强了我动手、考虑和解决问题的能力。
现在设计已经做好了，自己感觉还是比较好的，虽然花了很多的时间,但学到了很多东西.在课程设计的过程中，我想了很多种方案,对同一个问题（像计数器的接法）都想了很多种不同的接法，运用不同的芯片进行了比较，和同学一起讨论最优方案，最后还是采取了上面的方法进行连接。
在这次设计中也遇到了很多问题：
一、容易接错线,无意中删除了一些线。
二、心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。
三、设计中用的的片子74ls192在课上没有详细讲解过，只能自己查阅资料得知，运用不熟。
本来打算用74ls163实现，但是在作图做到一半的时候发现74ls163在连接七段LED数码管的时候要把十六进制转换成十进制，是电路图复杂了很多，更容易出错，所以最后在商讨下决定选择了74ls192。
四、电路图设计好后运行后发现交通灯和计时器有运行着一半就停止了，后来在不断的在各个线路检测中发现原来是给定脉冲的频率不同导致的。
五、当有特殊情况时，能使计数停止，但是特殊情况消失后，便又重新置数。
我便将置数信号继续调试更改。
最终确定了正确的方案。
六、当特殊情况出现时，计时停止时，有时会减少一个时钟，我认为是时钟脉冲的问题，但是一直没有思考出更好的办法，这是有待改进的地方。
2、心得体会
通过这为期一周的课程设计之后,我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话,你会花更多的时间才会做好.课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去.同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力。
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。
理工科的学习一个很让人苦恼的一点就是你学到东西但不知道学来有什么用。
而这个电子电路综合仿真实验正好弥补了这一缺点。
这个实验使我们独立地应用自己所学知识去解决一个实际问题，为我们的理论和应用搭设了一条大桥。
除了从老师得到的PPT作为提示，我在这个实验中完全独立完成，充分体验到了知识的力量和成功的喜悦。
其实，这个实验说难不难，说易不易。
我一开始抱着轻松的心态只完成了实验中明确要求的一部分要求，完全没有考虑其实际应用价值。
但是，这样的工作态度是不能在以后紧张的竞争环境中立足的。
要做就要做到最好！
因此我特意大幅度修改原来的电路，对各种情况都进行了仔细思考，使之基本与现实中的交通控制系统相符。
四、参考文献
《数字电子技术基础》主编：
李月乔中国电力出版社出版
《数字电子技术实验指导书》主编：
董宏伟中国电力出版社出版
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