【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 人安全通行,實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。因此，在本次課程設(shè)計(jì)里，將以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)交通控制信號(hào)燈。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的是培養(yǎng)數(shù)字電路的能力，掌握交通信號(hào)燈控制電路的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)要求：：主干道綠燈30秒，支干道綠燈30秒。，應(yīng)有6秒黃燈亮作為過(guò)渡；、黃、綠發(fā)光二極管表示信號(hào)燈；。由于所學(xué)知識(shí)有限，設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，請(qǐng)老師批評(píng)指正。摘要：交通信號(hào)燈常用于交叉路口，用來(lái)控制車(chē)的流量，提高交叉口車(chē)輛的通行能力，減少交通事故。交通燈控制器主要由控制器、秒脈沖發(fā)生器、定時(shí)器、譯碼顯示電路及信號(hào)燈組成?？刂破饔?4LS153與74LS74來(lái)實(shí)現(xiàn)，脈沖發(fā)生器用晶體震蕩器產(chǎn)生，計(jì)數(shù)器采用兩個(gè)74161來(lái)實(shí)現(xiàn)，顯示電路經(jīng)過(guò)74LS192的倒計(jì)數(shù)、七段顯示譯碼器7447及七段數(shù)碼顯示器連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂破魍ㄟ^(guò)RT對(duì)定時(shí)器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字的顯示及綠、黃、紅燈的轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵字：交通燈、控制器、秒脈沖發(fā)生器、定時(shí)器、譯碼顯示電路、狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、主支干道。設(shè)計(jì)要求： ：主干道綠燈30秒，支干道綠燈30秒。 ，應(yīng)有6秒黃燈亮作為過(guò)渡； 、黃、綠發(fā)光二極管表示信號(hào)燈； 。第一章 系統(tǒng)概述： 系統(tǒng)由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、定時(shí)器、控制器、譯碼顯示器、信號(hào)燈顯示器五大部分組成。其中秒脈沖信號(hào)發(fā)生器用于給各個(gè)組成部分提供脈沖信號(hào)，通過(guò)定時(shí)器向控制器發(fā)出三種定時(shí)信號(hào)，使相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光。譯碼顯示器在控制器的控制下，改變交通燈信號(hào)，分別產(chǎn)生三種倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示，控制器根據(jù)定時(shí)器的信號(hào)，進(jìn)行狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，使顯示器的顯示發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變。： 圖1表示位于主干道和支干道的十字路口交通燈系統(tǒng)，每條道路設(shè)一組信號(hào)燈，每組信號(hào)燈由紅、黃、綠3個(gè)燈組成，綠燈表示允許車(chē)輛通行，紅燈表示禁止通行，黃燈為過(guò)渡燈，表示該車(chē)道上已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行，未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛禁止通行。： 圖1為交通燈的一個(gè)整體設(shè)計(jì)框圖。系統(tǒng)主要由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、定時(shí)器、控制器、譯碼器、信號(hào)燈顯示器組成。其中控制器是核心部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作，秒脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生定時(shí)器和控制器所需的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，譯碼器輸出兩路信號(hào)燈的控制信號(hào)。 圖中TL、TS、TY為定時(shí)器的輸出信號(hào)，ST為控制器的輸出信號(hào)。MG、MY、MR分別表示主干道綠、黃、紅三色燈，NG、NY、NR分別表示支干道綠、黃、紅三色燈?！　　‘?dāng)某車(chē)道綠燈亮?xí)r，允許車(chē)輛通行，同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到指定時(shí)間時(shí)，TL輸出為１，否則TL輸出為0；　　　當(dāng)某車(chē)道黃燈亮后，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到6秒時(shí)，TY輸出為１，否則TY＝0；　　　當(dāng)某車(chē)道紅燈亮?xí)r，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到指定時(shí)間時(shí)，TS輸出為１，否則TS＝0。 圖1 交通燈系統(tǒng)框圖 因此，用定時(shí)器分別產(chǎn)生三個(gè)時(shí)間間隔后，向控制器發(fā)出“時(shí)間已到”的信號(hào)，控制器根據(jù)定時(shí)器的信號(hào)，決定是否進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。如果肯定，則控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，定時(shí)器開(kāi)始清零，準(zhǔn)備重新計(jì)時(shí)。交通燈控制器的控制過(guò)程分為四個(gè)階段，對(duì)應(yīng)的輸出有四種狀態(tài)，分別用S0、SSS3表示。S0狀態(tài)：主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，此時(shí)主干道允許車(chē)輛通行，主干道禁止車(chē)輛通行。當(dāng)主干道綠燈亮夠規(guī)定的時(shí)間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。S1狀態(tài)：主干道黃燈亮，主干道紅燈亮，此時(shí)主干道允許超過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行，而未超過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛禁止通行，支干道禁止車(chē)輛通行。當(dāng)主干道黃燈亮夠規(guī)定時(shí)間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。S2狀態(tài)：主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。此時(shí)主干道禁止車(chē)輛通行，支干道允許車(chē)輛通行，當(dāng)支干道綠燈亮夠規(guī)定時(shí)間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。S3狀態(tài)：支干道紅燈亮，支干道黃燈亮。此時(shí)主干道禁止車(chē)輛通行，支干道允許超過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛通行，而未超過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛禁止通行。當(dāng)支干道紅燈亮夠規(guī)定的時(shí)間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)S0狀態(tài)。S0、SSS3狀態(tài)分別分配狀態(tài)編碼為00、0110，由此得到控制器的狀態(tài)，如表1，表2所示。 狀態(tài)主干道支干道時(shí)間（s）S0綠燈亮，允許通行紅燈亮，禁止通行30S1黃燈亮，停車(chē)紅燈亮，禁止通行6S2紅燈亮，禁止通行綠燈亮，允許通行30S3紅燈亮，禁止通行黃燈亮，停車(chē)6 圖2畫(huà)出了控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，其中TL、TS、TY為控制器的輸入信號(hào)，ST為控制器的輸出信號(hào)。第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析：方案一： 本實(shí)驗(yàn)采用555定時(shí)器組成秒脈沖信號(hào)發(fā)生器。因?yàn)樵撾娐返妮敵雒}沖的周期T≈(R1+2R2)C,若T=1s，令C=10μf，R1=39K?,那么R2≈51K?。取一固定電阻47K?與一個(gè)5K?的電位器想串聯(lián)代替電阻R2。在調(diào)試電路時(shí)，調(diào)節(jié)電位器RP ,使輸出脈沖周期為1s。 方案二： 用石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成秒脈沖信號(hào)發(fā)生器,。 先用石英晶體振蕩器和若干電阻電容組成頻率為32768Hz的信號(hào)發(fā)生器，再用十四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4060 14進(jìn)行14分頻使其成為2Hz的信號(hào)，最后用D觸發(fā)器進(jìn)行2分頻，使其成為頻率為1Hz的秒脈沖信號(hào)。 石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成秒脈沖信號(hào)發(fā)生器 方案選擇：本設(shè)計(jì)中由于用秒脈沖信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)脈沖，其精度會(huì)影響計(jì)數(shù)器的精度，進(jìn)而影響控制系統(tǒng)的精度，因此要求秒脈沖信號(hào)具有比較高的精度，為提高精度可先做一個(gè)頻率比較高的矩形波振蕩器，然后將其輸出信號(hào)分頻，就可以得到頻率較低而精度比較高的脈沖信號(hào)發(fā)生器。用石英晶體構(gòu)成秒脈沖信號(hào)發(fā)生器不需要外加輸入信號(hào)，而且其脈沖頻率很穩(wěn)定，起振快、時(shí)基精度高，它的工作頻率僅決定于石英晶體的振蕩頻率，而與電路中的R、C的數(shù)值無(wú)關(guān)。 綜上考慮，在實(shí)際應(yīng)用中秒脈沖信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)選用石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成秒脈沖信號(hào)發(fā)生器。，所以在仿真過(guò)程中可以使用555定時(shí)器構(gòu)成的秒脈沖觸發(fā)器代替。在仿真精度不高的前提下，也可以使用RC多諧振蕩器構(gòu)成的電路來(lái)提供秒脈沖。 、定時(shí)器的設(shè)計(jì)： 方案一： 用74LS193直接構(gòu)成減計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘脈沖上升沿到來(lái)時(shí)，在控制信號(hào)ST的作用下，計(jì)數(shù)器以減計(jì)數(shù)向控制器提供MM2M45的信號(hào)，即TY、TS、TL的時(shí)間信號(hào)。方案二： 定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖同步的計(jì)數(shù)器74161構(gòu)成，時(shí)鐘脈沖上升沿到來(lái)時(shí)，在控制信號(hào)ST作用下，計(jì)數(shù)器從零開(kāi)始計(jì)數(shù)，并向控制器提供MM2M45信號(hào)，即TY、TS、TL的時(shí)間信號(hào)。方案選擇：74LS193是雙時(shí)鐘同步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，用它進(jìn)行減計(jì)數(shù)與數(shù)字顯示倒計(jì)時(shí)相符合。然而必須在輸入端輸入數(shù)字，因此向控制器提供MM2M45的信號(hào)需要5片74LS193。而用74161可以級(jí)聯(lián)，只需要2片即可向控制器提供MM2M45的信號(hào)，倒計(jì)數(shù)可在數(shù)字顯示電路中實(shí)現(xiàn)。用74161節(jié)省材料，節(jié)約成本，而且由于經(jīng)常應(yīng)用，因而使用起來(lái)較方便。因而選擇方案（Ⅱ）。當(dāng)系統(tǒng)處于S0狀態(tài)為滿足支干道綠燈亮夠45秒，要將M45的輸出端反饋到使能端EP、ET，使它記到44時(shí)停止計(jì)數(shù)，然后轉(zhuǎn)換到S1狀態(tài)。而且要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST的作用下，首先清零，然后開(kāi)始計(jì)數(shù)，電路如圖4所示。 ： 列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如圖所示。選用兩個(gè)觸發(fā)器作為時(shí)序寄存器產(chǎn)生四種狀態(tài)，控制器的轉(zhuǎn)換條件為T(mén)L、TY及TS，當(dāng)控制器處于Q1nQ0n = 00 狀態(tài)時(shí)，如果TL=0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果TL=1，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1=01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY和TS無(wú)關(guān)，所以無(wú)關(guān)項(xiàng)用“”表示。其余情況依次類(lèi)推，同時(shí)列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST。