交通灯控制逻辑电路设计.docx
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交通灯控制逻辑电路设计
电工电子技术课程设计
交通灯控制逻辑电路设计
姓名:
景德镇陶瓷学院机电学院
2008年01月04日
一、概述
…………………………2
二、方案论证
…………………………2
三、各单元电路的说明
…………………………4
四方案实现
…………………………6
五、安装与调试
…………………………8
六、元件明细表
…………………………9
七、参考文献
…………………………10
八、设计小结、体会
…………………………10
九、交通灯控制系统的电路逻辑图
…….……………………11
一、概述
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。
二、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4秒,则南北、东西方向的绿、黄、红灯亮的时间分别为24秒、4秒、24秒,一次循环为48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24,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4,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24。
4.可以手动调整脉冲时间,夜间为黄灯闪耀。
三、设计过程
1.课题分析
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。
交通灯控制器的系统框.图如图4.1所示。
2.方案论证
1.1Hz标准脉冲和分频器
产生稳定的秒脉冲信号,确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。
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触发器可实现。
2.计数器
按计时要求记录秒脉冲的数目,完成计时任务,向交通灯控制器发出相应的定时信号,控制两条道路通车时间和绿灯变红灯的切换时间。
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
4.译码驱动电路
按照交通灯控制器所处的状态进行译码,然后驱动相应的信号灯,指挥道路的行人和车辆。
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.手动、自动控制,夜间控制
采用选择开关进行。
置开关在手动位置,输入单次脉冲,可以使交通灯处于某一位置上;开关在自动位置上时,交通信号灯按自动循环工作方式运行。
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。
四、方案实现
1.单次手动及脉冲电路如图3.0所示。
单次脉冲是由两个与非门组成的RS触发器产生,当S2在手动位置,且按下S1时,有一个脉冲输出使74LS164移位计数,实现手动控制。
当S2在自动位置时,由秒脉冲电路经分频后输出给74LS164,这样,74LS164为每4秒向前移一位。
秒脉冲
2.控制器电路
选用8位寄存器74LS164组成扭环形十二进制计数器。
3.计数显示电路
根据设计任务,译码显示选用BCD码七段译码器74LS248,显示器选用LC5011-11共阴极LED显示器,计数器选用可预置加、减法计数器74LS168。
计数器做成二十四进制减法计数器。
南北方向的数字显示电路如图:
a......g
74LS248
DCBA
由图中可以看出,在减法计数器开始工作之前,由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据,图中接入U/D和LD的信号就是由黄灯亮(Y=1)时,置入数据。
黄灯灭(Y=0),而红灯亮(R=1)时,开始减计数。
4.交通灯控制系统的电路逻辑图
交通灯控制系统的电路逻辑图如图
五安装调试
5.1控制器电路调试,译码器电路调试,整机调试。
整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器,28个交通灯。
我在这里共接了6个时间显示器,其中4个用于交通倒计时,另外2个用于显示当前置数2、点击启动按钮,便可以进行交通灯控制系统的仿真,电路默认把通车时间设为25秒,打开开关后,东西方向绿灯亮,“东来西往”的行人车辆都可自由通行;南北方向车道的红灯亮,南来北往的行人车辆皆禁止通行。
时间显示器从预置的25秒,以每秒减1,减到数5时,东西方向车道的绿灯转换为黄灯,而且黄灯每秒闪一次,其余灯都不变。
减到数1时,1秒后显示器又转换成预置的25秒,东西方向车道的黄灯转换为红灯,人行道的红灯转换为绿灯;南北方向车道的红灯转换为绿灯,人行道的绿灯转换为红灯。
如此循环下去。
3、修改通车时间为其它的值再进行仿真(时间范围为6~98秒),效果和上面差不多,东西方向车道的绿灯亮,时间倒计数5,车灯进行一次转换,到0秒时又进行转换,而且时间重置为预置的数值,如此循环。
六元器件清单
1
定时器
555
1个
2
十进制同步加/减计数器
74LS168
4片
3
六反相器
74LS04
1片
4
四—2输入与门
74LS08
2片
5
三—3输入与门
74LS11
1片
6
四—2输入或门
74LS32
1片
7
BCD七段译码驱动器
74LS248
4片
8
双D触发器
74LS74
1片
9
8位串入/并出移位寄存器
74LS164
1片
10
四—2输入与非门
74LS100
1片
11
欧姆电阻
10KΩ200Ω
4、42
12
可调电阻
47KΩ
1个
13
电容
10µF、4.7µF、0.01µF
2、2、2
14
发光二级管
6个
开关
3个
16
数码管
LC5011-11
1个
七参考文献
(1)电子技术基础(数字部分)康华光等编
(2)数字电子技术基础阎石等编
八设计小结、体会
交通灯的状态转换和倒计时时间的显示,基本能实现东西、南北直行和转弯灯的显示功能。
在现实中晚上没有行人,可以不用交通灯控制,只需要黄灯亮着提醒人们前方有路口即可。
那就需要一个始终显示模块,指定的时间内回到初始状态也就是我用的EN=0是的状态。
只是人为控制,若有24小时的计时会使交通灯的控制智能化。
有些城市的交通灯中也有右转灯,这个程序中有很多地方仍然需要改进。
通过这次课程设计,加强了我动手、思考和解决问题的能力..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,最后还是采取了上面的方法进行连接.在连线过程中,经常会遇到一些问题,比如接错线,无意中删除了一些线等,使自己感觉到有点点的力不从心.从开始做课程设计那天起,脑中天天都想着同样的问题,怎么去接线,怎么去把电路弄得更加简单,怎么别人更容易看懂.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.
&
&
1
1
PQ3Q2Q1Q0
T74LS168
U/DLDDCCP
PQ3Q2Q1Q0
T74LS168
U/DLDDCCP
PQ3Q2Q1Q0
T74LS168
U/DLDDCCP
a…….g
74LS248
DCBA
a….g
74LS248
DCBA
8
8
PQ3Q2Q1Q0
T74LS168
U/DLDDCCP
a…..g
74LS248
DCBA
a……g
74LS248
DCBA
8
8
秒脉冲
1/274LS74
1DC1
1/274LS74
1DC1
&
&
Q0Q1Q2Q3Q4Q5
DSA74LS161
DSBCRCP
1
1
&
&
1
≥1
≥1
&
&
&
&
&
&
GY`B
GY`B
交通灯控制系统的电路逻辑图
东西方向EW南北方向NS东西南北
LC5011-11
74LS1174LS08
74LS04
74LS04
1
274LS0474LS0874LS08
74LS04
5v10kΩ
S自动
夜间手动
单次74LS00
1s
10kΩ10kΩ
5v
S1
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