太原理工大學交通信號燈控制器課程設(shè)計

一、設(shè)計摘要摘要：隨著社會的開展，交通有了巨大的改善，馬路上的車流量也逐漸增加，經(jīng)常出現(xiàn)堵車現(xiàn)象，對人們的出行造成了極大地影響，合理的交通控制顯得更加重要。其中，交通信號燈的智能控制越來越受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。本設(shè)計采用74LS系列集成電路進行模擬，實驗性的實現(xiàn)了交通信號燈控制器的根本功能。關(guān)鍵字：信號燈智能控制交通二、設(shè)計目的通過本次課題設(shè)計，應(yīng)該掌握以下內(nèi)容〔1〕學習數(shù)字邏輯電路設(shè)計的一般方法?！?〕要求學會用理論知識解決實際問題。〔3〕靈活掌握局部74LS系列集成電路的使用?！?〕掌握Multisim仿真軟件的應(yīng)用?！?〕掌握常用元器件的識別與測量?！?〕了解實際電路調(diào)試和解決問題的根本方法。三、設(shè)計要求由一條主干道和一條支干道的集合點形成交叉十字路口，為確保車輛平安、迅速地通行，在交叉道口的每個入口處設(shè)置了紅、綠、黃3色燈。紅燈禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮那么使行駛中的車輛有時間停靠到禁止線外。用紅、綠、黃3色發(fā)光二極管作信號燈，用傳感器或用邏輯開關(guān)代替?zhèn)鞲衅髯鳛闄z測車輛是否到來的信號，設(shè)計制作一個交通燈控制器。=1\*GB3①在主干道和支干道均設(shè)有車輛檢測傳感器，用以檢測道路是否有車輛，用開關(guān)模擬。=2\*GB3②當某一道路有車而另一道路無車時，那么該車道處于長允許通行的狀態(tài)。=3\*GB3③當主、支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行25s，設(shè)立45s和25s計時顯示電路。=4\*GB3④當主干道允許通行綠燈亮時，支干道亮紅燈。而只感到允許通行亮綠燈時，主干道紅燈亮。在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換中間，要亮5s的黃燈作為過渡，以使行駛中的車輛有時間停到禁止線外，設(shè)置5s計時顯示電路。四、設(shè)計原理4.1交通路口模擬圖主干道主干道支干道GYRGYR倒計時顯示圖1交通路口模擬圖4.2交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)移表態(tài)序主干道支干道時間1綠燈亮，允許通行紅燈亮，不許通行45s2黃燈亮，停車紅燈亮，不許通行5s3紅燈亮，不許通行綠燈亮，允許通行25s4紅燈亮，不許通行黃燈亮，停車5s表1交通燈狀態(tài)表4.3交通信號燈控制器系統(tǒng)框圖圖圖2交通信號燈控制器系統(tǒng)框圖計數(shù)器構(gòu)成的不同模值的計數(shù)電路45s定時25s定時5s定時傳感器主干道紅黃綠R1Y1G1支干道紅黃綠R2Y2G2移位存放器構(gòu)成的控制電路4.4交通信號燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖圖3交通信號燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖狀態(tài)S狀態(tài)S狀態(tài)S狀態(tài)S持續(xù)45S持續(xù)25S持續(xù)5S持續(xù)5S主干道支干道時間到，假設(shè)支干道有車，主干道無車，那么交通燈保持時間到，假設(shè)主干道有車，支干道無車，那么交通燈保持4.5主要集成電路芯片的功能〔1〕移位存放器74LS194移位存放器是一個具有移位功能的存放器，是指存放器中所存儲的代碼能夠在移位脈沖的作用下一次左移或右移。既能左移又能右移的稱位雙向移位存放器，只需要改變左、右移的控制信號便可實現(xiàn)雙向移位要求。根據(jù)移位存放器存取信息的方式不同分為：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出4種形式。本設(shè)計選用4為雙向通用移位存放器74LS194，其邏輯符號如圖所所示。圖474LS194邏輯符號其中，D0、D1、D2、D3為并行輸入端；Q0、Q1、Q2、Q3為并行輸出端；SR表2表2移位存放器74LS194功能表〔2〕集成計數(shù)器74LS192集成計數(shù)器74LS192是雙時鐘觸發(fā)4位二進制同步加/減計數(shù)器。其中，CR為去除信號，高電平有效；LD位置入控制信號，低電平有效；CPU為加法計數(shù)脈沖；CP圖574LS192邏輯符號表3集成計數(shù)器74LS192功能表五、單元電路設(shè)計5.1循環(huán)及控制電路的設(shè)計T45、T25TTT且A=1TTT或A=0SSSST或B=0TT且B=1圖6循環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖BASSSSGYRGYR說明1×1000100001當T45=1且B=1××0100010001當T5=1×10010001100當T25=1且××0001001010當T5=1表4循環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表用移位存放器及附加控制電路控制狀態(tài)的循環(huán)，移位存放器的時鐘控制信號〔CLK〕：控制移位存放器的移位，即狀態(tài)轉(zhuǎn)移。T=0代表計時器時間回到0，T=1代表計時器時間未到0。用開關(guān)模擬傳感器檢測是否有車的信號A、B分別代表主、支干道的車流量狀況，A=1代表主干道有車，B=1代表支干道有車。T=0T=0或T=0或T=0或T=0移位存放器時鐘控制信號圖7循環(huán)電路圖8循環(huán)控制電路5.2計數(shù)電路的設(shè)計用兩片74LS192構(gòu)成計數(shù)電路，通過移位存放器控制計數(shù)器的置數(shù)，并通過循環(huán)控制電路控制計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)。圖9計數(shù)器時鐘控制電路計數(shù)器〔74LS192〕圖9計數(shù)器時鐘控制電路圖10圖10計數(shù)器電路5.3顯示電路的設(shè)計用六個彩燈，其中紅燈兩個、黃燈兩個、綠燈兩個，用來表示主干道、支干道的交通燈，用數(shù)碼管顯示倒計時電路。圖11顯示電路六、器件及參數(shù)選擇6.1元器件列表元件個數(shù)數(shù)字電路實驗箱174LS194174LS192274LS32374LS11174LS86174LS27174LS08174LS041表5元器件列表圖12元器件圖6.2元器件引腳功能圖型號引腳圖功能表74LS19474LS19274LS3274LS1174LS8674LS2774LS0874LS04表6元件引腳及功能列表七、仿真分析及結(jié)果7.1仿真過程〔1〕在Multisim中按照設(shè)計好的電路圖連線；〔2〕分模塊進行仿真，觀察狀態(tài)是否正確；〔3〕整合所有模塊進行整體仿真，觀察狀態(tài)；〔4〕切換開關(guān)的上下電平，查看狀態(tài)是否正確；〔5〕完成仿真。7.2仿真中遇到的問題〔1〕不清楚個別引腳功能問題；〔2〕相互之間的控制問題；〔3〕用開關(guān)控制狀態(tài)的問題；〔4〕連線過程中的布局問題。7.3Multisim仿真圖〔1〕圖13為交通信號燈完整仿真原理圖〔2〕圖14為交通信號燈仿真功能狀態(tài)圖倒計時及置數(shù)電路A、倒計時及置數(shù)電路A、B分別代表主干道、支干道的傳感器，A=0代表主干道無車，A=1時有車；B=0代表支干道無車，B=1時有車倒計時置數(shù)、循環(huán)控制電路倒計時時鐘控制電路移位存放器時鐘控制、循環(huán)控制電路及倒計時置數(shù)控制主干道信號燈支干道信號燈計時顯示電路倒計時到零時的信號圖13交通信號燈完整仿真原理圖主干道信號燈支干道信號燈計時顯示電路倒計時到零時的信號主干道信號燈支干道信號燈計時顯示電路倒計時到零時的信號圖圖14交通信號燈仿真功能狀態(tài)主干道、支干道有車或都無車，或支干道有車時正常循環(huán)正常循環(huán)主干道、支干道有車或都無車，或主干道有車時正常循環(huán)正常循環(huán)當處于S0狀態(tài)時，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，進行45s當主干道時間到，而此時主干道有車，支干道無車，因此主干道綠燈保持常亮。當處于S4狀態(tài)時，支干道黃燈亮，主干道紅燈亮，進行5s當處于S3狀態(tài)時，主干道紅燈亮，支干道紅綠亮，進行25s當處于S1狀態(tài)時，主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，進行5s當支干道時間到，而此時支干道有車，主干道無車，因此支干道綠燈保持常亮。A=1，B=0時B=1，A=0時A=1時B=1時八、實驗室實際操作8.1實驗室實驗操作步驟〔1〕交元件清單，領(lǐng)取元器件?！?〕測試元器件功能是否正確?！?〕按仿真原理圖進行連線?！?〕測試測試電路的功能是否正確，假設(shè)不正確，檢查錯誤；假設(shè)功能狀態(tài)正確，記錄實驗狀態(tài)。8.2操作中的問題〔1〕連接線及芯片的測試問題?！?〕由于連線過多，連線時需仔細而耐心?！?〕實際測試功能狀態(tài)的問題等8.3實驗室實際