电气电子毕业设计97交通信号灯控制逻辑电路设计报告.docx
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电气电子毕业设计97交通信号灯控制逻辑电路设计报告
交通信号灯
控制逻辑电路设计报告
一、实验目的：
1．逻辑电路设计是计算机类专业学生重要基础实践课，也是工科专业的必修课。
经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使我们得到一次较全面的工程实践训练。
2．进一步熟悉ModiconMicroPLC的应用及利用Lmodsoft编程器编制梯形图的方法。
巩固定时器的使用知识，掌握I/O端子的接线方法。
对采用可编程序控制器解决一个实际控制问题的全过程有初步了解。
3．最后进行仿真设计，可以体现现代化的设计方法和理念，使电子课程设计在培养学生能力方面，得到比较大的提高。
同时理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，以后的毕业设计，毕业后的工作打下基础。
二、简述
为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。
其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。
交通灯控制器的系统框.图如图4.1所示。
三、设计任务和要求
设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下：
1.设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR，NSY，NSG；东西方向的红、黄、绿灯
分别为EWR，EWY，EWG，则满足图4.1的工作流程并且可以并行工作：
NSG（EWR）→NSR（EWG），黄灯用于闪烁提示绿灯变为红灯。
2．满足两个方向的工作时序：
东西方向红灯亮的时间应等于南北方向黄、绿灯亮的时间之和；南北方向红灯亮的时间应等于东西方向黄、绿灯亮的时间之和。
时序工作流程见图4.2所示：
图4.3中，假设每个单位时间为2秒，则南北、东西方向的绿、黄、红灯亮的时间分别为12秒、2秒、12秒，一次循环为24秒。
其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。
3.十字路口要有数字显示装置，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。
具体要求为：
当某方向绿灯亮时，置计数器为某一个数值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，进入另一个方向的工作循环。
例如：
当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为12，并使数显计数器开始减“1”计数，当减法计数到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数码管显示的数值应为2，当减法计数到“0”时，黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数码管的显示为12。
4.可以手动调整脉冲时间，夜间为黄灯闪耀。
四、设计方案提示
根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图4.1，设计方案可以从以下几部分进行考虑。
1.1Hz标准脉冲和分频器
因十字路口每个方向绿、黄、红灯亮时间比例分别为5：
1：
6，所以，如果选4秒（也可以任意）为一单位时间，则计数器每计数4秒输出一个脉冲。
这一电路用D触发器（或由其他触发器构成的D类型触发器）即可实现。
2.交通灯控制器
由波形图可知，计数器每工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。
计数可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。
这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。
扭环形计数器的状态表如表1.1所示。
根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式：
南北方向
东西方向
红
黄
绿
由于黄灯要求闪耀几次，所以用1Hz的标准脉冲和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。
表4.1状态表
T
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0Q1Q2Q3Q4Q5
NSGNSYNSR
EWGEWYEWR
0
000000
100
001
1
100000
100
001
2
110000
100
001
3
111000
100
001
4
111100
100
001
5
111110
0↑0
001
6
111111
001
100
7
011111
001
100
8
001111
001
100
9
000111
001
100
10
000011
001
100
11
000001
001
0↑0
3.显示控制部分
显示控制部分实际上是一个定时控制电路。
当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”停止。
译码显示可用74LS47驱动BCD码七段译码器，计数器采用可预制加、减计数器，如74LS168、74LS190、74LS193等。
4.脉冲选择控制，夜间控制
这部分可用一个可调脉冲进行。
调节脉冲频率的高低，可以使计数器的周期增大或减小，用来控制某个方向上车流量的大小变化；夜间时，将夜间开关接通，黄灯将一直闪耀，提醒过往行人注意。
五、参考电路
根据设计任务和要求，交通信号灯控制器参考电路图如下：
1、首先利用555振荡器产生一个频率为1Hz的周期信号，作为时钟CP。
2、利用74LS163定时器产生实验中需要的21s、4s、13s的信号。
3、利用74LS153双4—1数据选择器产生系统需要的控制信号CLR、CNT，和状态Q1、Q2。
4、将状态Q1、Q2通过译码电路产生驱动LED的信号。
5、黄灯闪烁信号的产生是将生成的黄灯信号与时钟周期相与而形成最后的黄灯信号。
（1）555计时器的实现
（2）计时电路的实现
计时电路采用两片74LS163级联实现，输出间隔4秒、13秒和21秒的信号
（3）译码电路的实现
（4）MaxPlus2模拟结果波形图
六、附加功能：
黄灯4秒倒计时的实现：
黄灯倒计时的实现相对比较简单，只需要将黄灯的信号求反后输入74LS90的CLRA和CLRB端口（低有效）。
当黄灯亮的时候此端口有低信号，开始计数，当计数到4以后，黄灯信号变成低，此端口信号为高，清零停止计数。
七、所需器件和设备清单：
1．NEC555：
用以产生1Hz的时钟信号1片
2．74LS04：
六反向器2片
3．74LS08：
四2输入与门5片
4．74LS32：
四2输入或门3片
5．74LS74：
双D正沿触发器1片
6．74LS153：
双4—1数据选择器2片
7．74LS163：
4位二进制同步计数器2片
8．LED红黄绿灯6只
9．面包板1块
10．电容、电阻若干
11．稳压电源1台
12．数字式示波器1台
13．数字式万用表1台
14．五件套工具1套
15．74LS48：
BCD-7段译码器1片
16．LC5611：
共阴极数码管1片
八、实验心得：
通过本次小学期的实验，达到了预期的目的：
巩固了所学的知识，并自己独立的设计、安装、调试了一个小型的数字控制系统。
掌握了用数字示波器进行测试的基本方法。
最后还要衷心感谢实验室老师在这段时间里对我的帮助，使得我对于学习与实验研究得出了比以前更深刻的看法：
实验中预习与复习以前的知识是必需的，多向老师和其他同学请教是重要的，细心、耐心与信心是关键的！
计算机科学与技术
（1）班
2006年6月23日
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