本科毕业设计论文--交通控制信号灯设计.doc

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1、交通信号控制灯 班级：通信A151 姓名：张筱 学号：2015148022 15交通信号控制灯设计要求和技术指标1、技术指标：设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。2.、设计任务与要求一.基本功能 1设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒； 2要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道； 3黄灯亮时，

2、要求每秒钟闪亮一次 。二基本扩展功能 1.信号灯的倒计时2.进行数字显示三特色扩展功能1.定时控制信号周期。实际应用：我们灯控路口的每天都存在着低峰时段（如夜间），不需要设置信号灯的周期，以便节省能源。我们设计在一个周期的某一时间段内，将交通信号灯自动关闭。（第8个周期运行，第1-7个周期停止运行） 实现手动对关闭周期的时间控制。（周期在20和40之间通过开关控制） 2.定时控制信号周期，实现在一个时段内的不对称周期。实际应用：我们灯控路口的每天都存在着某时段（如两个车道中的一个车道需要长周期），便于交通。我们设计在一个周期的某一时间段内，将交通信号灯变为不对称的信号（A车道为70秒，B车道为

3、30秒）。暂时设置为（第8个的半个周期（30秒）（自动设置为半个周期）运行，加第7个的上半周期（70秒），形成一个不对称周期。第7个下半周期和1-6个周期正常运行） 目录一、 交通灯的组成.3二、单元电路的设计.81、秒脉冲发生器.82、定时器.83.控制器.10三、心得体会.14一交通灯的组成交通灯控制系统的原理框图如图12、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： TL: 表示甲车道或乙车

4、道绿灯亮的时间间隔为25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12、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所示状态0支干道绿灯亮状态1支干道黄灯亮状态2主干道绿灯亮状态3主干道黄灯亮图1-2一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。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TL时，控制器发出状

5、态信号ST，转到下一工作状态。（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车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，乙车道禁止通行。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）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已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

6、。 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、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2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（11）S3（10）甲绿，乙红甲黄，乙红甲红，乙绿甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行甲车道缓行，乙车道禁止通行甲车道禁止通行，乙车道通行甲车禁止道通行，乙车道缓行12-3 控制器工作状态及其功能 控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定： AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=1：

7、甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；A R=1：甲车道红灯亮； BR=1：乙车道红灯亮；（A代表甲车道，B代表乙车道，G为绿灯，Y为黄灯，R为红灯）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25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=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。依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。 12-2画出交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）二单元电路的设计（1

8、）秒脉冲发生器脉冲信号发生器直接由集成元件。（2）定时器定时器由与系统秒脉冲（由上面时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路两个74LS190D进行设计。74LS190是10位二进制同步计数器，它具有清零、置数的功能。74LS190D的外引线排列图和时序波形图如图12、4所示，其功能表如表12、2所示。190 的预置是异步的。当置入控制端（ LD ）为低电平时，不管时钟CP 的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（

9、D0D3）相一致的状态。190 的计数是同步的，靠CP 加在4 个触发器上而实现。当计数控制端（CT ）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（U /D）为低电平时进行加计数，当计数方式控制U /D）为高电平时进行减计数。只有在CP 为高电平时CT 和U /D 才可以跳变。190 有超前进位功能。当计数溢出时，进位/错位输出端（CO/BO）输出一个低电平脉冲，其宽度为CP 脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端（ RC ）输出一个宽度等于CP 低电平部分的低电平脉冲。CTp、CTT是计 图12、2 交通灯的ASM图数控制端，CO是进

10、位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。74LS190D的外引线排列图74LS190时序波形图输入输出CLKU/DLOADABCDRCOQAQBQCQD000000100001101000100010011000100001表12、2 74LS190D功能表 图为计时器的构成（两个74ls190D） 通过对个位和十位的或门的0，输入给load,实现初始状态的置数，之后将u/d接高电平，从而实现倒数计时。之后由30倒数至0时，或门得0，又实现置数功能。如此循环下去，实现计数功能。 （3）控制器控制器是交通管理的核心，它

11、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12、3所示。选用两个JK触发器jk-ff接入或门电路做为时序寄存器产生 4种状态，J、K端由高电平控制。使用其计数功能。 JK-FF外接引线表表12、3 控制器状态转换表J、J1K、K1TYTLQ Q1ARAGAYBRBGBY111010100010110111100001111001010100110100001100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Q、Q1和AG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

12、的方程：根据以上方程，对其化简得AR=Q、,实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（Q1、Q0）加到D触发器输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图12、5所示。 黄灯闪烁可由时钟脉冲来解决，当信号为1的时候，采用或门电路，从而使信号灯失去作用，实现锁定。当信号为0的时候将会解除锁定。同时信号的1、0变换，使黄灯实现闪烁。图 12、5控制器逻辑图三体会总结通过这次课程设计，加强了我们小组的思考和解决问题的能力。电路原理和连接，和芯片上的选择。巩固数字逻辑电路的理论知识，对190计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等.使D触发器从书本上的理论知识联系到实际,让我更加了解它的功能. 更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。我觉得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，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些触发器的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，做了课程设计后就完全了解其作用。突然觉得得到一个好的分数不是一件重要的事情。真正重要的是在这次设计中学到了一些东西。不仅仅是电路上的知识，更是一种科研能力、独立思考的能力、对知识的热爱。