交通灯控制电路设计.docx
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交通灯控制电路设计
黄河科技学院
数字电子技术课程设计
报告题目:
交通信号灯控制系统
作者所在系部:
电子工程系
作者所在专业:
电子信息工程
作者所在班级:
10电信1班
作者姓名:
陈旭
学号:
100102077
指导教师姓名:
乐丽琴
完成时间:
2010年6月20日
目录
1、设计任务………………………………………………………………1
二、方案设计与论证………………………………………………………………1
三、单元电路设计与分析…………………………………………………………5
1.秒脉冲发生器……………………………………………………………5
2.定时器……………………………………………………………………6
3.控制器……………………………………………………………………6
4.译码器和交通信号灯……………………………………………………7
四、总原理图及元器件清单……………………………………………………8
五、结论…………………………………………………………………………9
六、心得体会……………………………………………………………………9
七、参考文献……………………………………………………………………10
一、设计任务
一、设计任务及指标:
(1)要求南北方向(主干道)车道和东西方向(支干道)车道两条交叉道路上的车辆交替运行,主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒;
(2)东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时间都用显示器进行显示(采用倒计时的方法);
(3)在绿灯转为红灯时,要求黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道;
(4)黄灯亮时,要求每秒闪亮一次;
(5)同步设置人行横道红、绿灯指示。
二、设计相关提示:
所设计的交通路口为一十字路口,不涉及左右转弯问题。
二、方案设计与论证
交通灯控制系统的原理框图如图1.1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:
TG1:
表示主干道或绿灯亮的时间为30秒,即车辆正常通行的时间间隔。
定时时间到,TL=1,否则,TL=0。
TG2:
表示支干道或绿灯亮的时间为20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1.1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。
十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下:
(1)主干道道绿灯亮,支干道红灯亮。
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TG1时,控制器发出状态信号ST,转到下一工作状态。
(2)主干道黄灯亮,支干道红灯亮。
表示主干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,支干道禁止通行。
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)主干道红灯亮,支干道黄灯亮。
表示主干道禁止通行,支干道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TG2时,控制器发出状态转换信号ST,转到下一工作状态。
(4)主干道红灯亮,支干道黄灯亮。
表示主干道禁止通行,支干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。
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、10、11,并分别用S0、S1、S2、S3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(10)
S3(11)
主绿,支红
主黄,支红
主红,支绿
主红,支黄
主干道通行,支干道禁止通行
主干道缓行,支干道禁止通行
主干道禁止通行,支干道通行
主干道禁止道通行,支干道缓行
1.3控制器工作状态及其功能
控制器应送出主干道,支干道红、黄、绿灯的控制信号。
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30秒时,TG1=0
(用判断框表示TG1),控制器保持S0不变。
只有当S0的持续时间等于30秒时,TG1=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.
1.4交通灯控制器的ASM
三、单元电路的设计与分析
1.时钟信号发生器
以555定时器接外接电路形成多谢振荡器,发出频率为1Hz的脉冲信号,用作计数器及jk触发器的clk信号。
555定时器连接方式如下图所示,由脉冲频率公式:
f=1/(R1+2R2)C㏑2
R2
R1
图2.2脉冲电路
参数计算如下:
取R1=60k(可调),R2=100k,C=4.7uF。
即可实现调出1Hz的矩型方波。
在输出端接上了一个开关,可以控制系统工作的开始和暂停。
2.定时器
用俩片74160搭接,原理图如图2:
图2计数器
3.主控电路
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1.4所示。
选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生4种状态,控制器状态转换的条件为TG1,TG2和TY,当控制器处于Q1n+1Q0n+1=00状态时,如果TG1=0,则控制器保持在00状态;如果TG1=1,则控制器转换到Q1n+1Q0n+1=01状态。
这两种情况与条件TY和TG2无关,所以用无关项"X"表示。
其余情况依次类推,同时表中还列出了状态转换信号ST。
输入
输出
现态
转换条件
次态
状态转换信号
Q1nQ0n
TG1TG2TY
Q1n+1Q0n+1
ST
00
0××
00
0
00
100
01
1
01
××0
01
0
01
××1
10
1
10
×0×
10
0
10
×1×
11
1
11
××0
11
0
11
××1
00
1
表1.4控制器状态转换表
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Q1n+1、Q0n+1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:
Q1n+1=Q1n’Q0nTY+Q1Q0n+Q1nQOn’TY’
Q0n+1=Q1n’Q0n’TG1+Q1n’Q0n+Q1nQ0nTG2’
ST=Q1n’Q0n’TG1+Q1n’Q0nTY+Q1nQ0nTG2+Q1nQ0n’TY
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(Q1n、Q0n)加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号.即可实现控制器的功能。
控制器如图3:
图3主控电路
4.信号灯译码驱动电路及信号灯
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1.4所示。
表1..4控制器状态编码与信号灯关系
Q1Q0
ARAYAG
BRBYBG
00
001
100
01
010
100
10
100
001
11
100
010
由计算得:
AR=Q1BR=Q1'
AY=Q1'Q0BY=Q1Q0
AG=Q1'Q0'BG=Q1Q0'
从而得译码电路及交通灯连接图如图4
图5信号灯译码驱动电路及信号灯
四、总原理图及元器件清单
1.总原理图
2.PCB板图
3.元件清单
元件序号
QuantityDescriptionReference_IDPackage
================================================================
1555U10DIL08
274LS153U4、U5DIL16
274LS74U6:
A、BDIL14
274160U1、U2DIL16
27411U9:
A、BDIL14
6RES,200R1、R2、R3、R4、R5、R6RES40
2RES,48KR8,R9RES40
47400U8:
A、B、C、DDIL14
27404U7:
B、CDIL14
27SEG-BCD
2LED-RED
2LED-GREEN
2LED-YELLOW
2AUDIOC、C2AXIAL200
五、结论
在proteue7.5上调试达到了预期的效果,但电路任然有不足之处,比如定时器设计成倒计时将更符合实际生活;应该有使主干道和支干道同时是红灯的开关,以便特殊情况下的通行等。
六、收获与体会
通过这次课程设计,加强了我动手、思考和解决问题的能力。
电路原理和连接,和芯片上的选择,也略懂。
巩固数字逻辑电路的理论知识,方案总共只用了八个芯片,对74160计数器更加了解,懂得它的功能与其它芯片替换等.使D触发器和数据选择器74153从书本上的理论知识联系到实际,让我更加了解它的功能.还有如何利用555芯片产生秒脉冲.计数器的工作原理。
更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。
协作的重要性。
做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,平时看课本时弄不懂的一些问题,做完课程设计,就迎刃而解了。
而且还记住了很多东西。
比如一些芯片的功能,平时看课本,这次看了,下次就忘了,主要是因为没有动手实践过!
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。
这次课程设计很有意义。
七、参考文献
《数字电子技术基础》(第五版)高等教育出版社