交通灯控制电路的设计实验报告.docx

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1、交通信号灯控制电路的设计一、设计任务与要求1、任务用红、黄、绿三色发光二极管作为信号灯，设计一个甲乙两条交叉道路上的车辆交替运行，且通行时间都为25s的十字路口交通信号灯，并且由绿灯变为红灯时，黄灯先亮5s,黄灯亮时每秒钟闪亮一次。2、要求画出电路的组成框图，用中、小规模集成电路进行设计与实现用EAD软件对设计的部分逻辑电路进行仿真，并打印出仿真波形图。对设计的电路进行组装与调试，最后给出完整的电路图，并写出设计性实验报告。二、设计原理和系统框图（一）设计原理1、分析系统的逻辑功能，画出其框图交通信号灯控制系统的原理框图如图2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

2、脉冲信号发生器是该系统中定时器和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1交通灯控制电路设计框图图中：T1：表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25s,即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，T1=I,否则，T1=O.Ty：表示黄灯亮的时间间隔为5s。定时时间到，Ty=I,否则，Ty=O0St：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。它一方面控制定时器开始下一个工作状态的定时，另一方面控制着交通信号灯状态转换。2、画出交通信号灯控制器ASM图（1）甲车道绿灯亮，乙车道

3、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T1时控制器发出状态信号ST转到下一工作状态。(2)乙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绿灯亮。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T1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。表示甲车道禁止同行，乙车道上未位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

4、信号ST系统又转换到第1种工作状态。交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10,并分别用SO、SKS3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表1所示控制器应送出甲、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，并作如下规定控制状态和信号灯状态下，车道的运行状态：SO00甲绿、乙红甲车道通行、乙车道禁止通行S101甲黄、乙红甲车道缓行、乙车道禁止通行S311甲红、乙绿甲车道禁止通行、乙车道通行S210甲红、乙黄甲车道禁止通行、乙车道缓行AG=I甲车道绿灯亮，甲车道通行BG二I乙车道绿灯亮，乙车道通行AY=I甲车道

5、黄灯亮，甲车道缓行BY=I乙车道黄灯亮，乙车道缓行AR=I甲车道红灯亮，甲车道禁止通行BR=I乙车道红灯亮，乙车道禁止通行状态变化如下表所示：控制状态信号灯状态车道运行状态SO(00)甲绿、乙红甲车道通行，乙车道禁止通行S1(01)甲黄、乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行S3(11)甲红、乙绿甲车道禁止通行，乙车道通行S2(10)甲红，乙黄甲车道禁止通行，乙车道缓行AG=I甲车道绿灯亮甲车道通行BG=I乙车道绿灯亮乙车道通行AY=I甲车道黄灯亮甲车道缓行BY=I乙车道黄灯亮乙车道缓行AR=I甲车道红灯亮甲车遒禁止通行BY=I乙车道红灯亮乙车道禁止通行控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为

6、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=I:甲车道绿灯亮;BG=I:乙车道绿灯亮;AY二1甲车道黄灯亮；BY=I:乙车道黄灯亮;AR=I:甲车道红灯亮；BR=I:乙车道红灯亮;由此得出交通信号灯的AMS图，如图2所示:图3秒脉冲信号发生器2、定时器定时器由与系统的时钟脉冲产生器提供的同步计数器构成,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5s的定时信号Ty和25s的定时信号T1o计数器选用集成电路741S163进行设计较简便，741S163是10进制同步加法计数器它具有异步清零、同步置数的功能。741S

7、163管脚图如图4所示V(XTCQ0O1Q2Q3CEF1F1F1向向舟R7741S1631J1d1iJhJ1d1d1J1d,RCPP0PiP?P3CEPGND图4741S163管脚图交通灯定时电路:图5交通灯定时电路其工作原理为由秒脉冲发生器产生的秒脉冲C1K分别送给两个741S163的清零端9处。如图所示，输入端3.4.5.6分别接地。U1的7和10由U2的11、14经过与门相与后相连。即只有当11、14处产生一个高电平脉冲时才能触发U1中的14产生脉冲。当HD741S00的ST信号分别送给U1和U2的1OADo就可以得到Ty和是秒脉冲的5倍T1和的结果是秒脉冲的25倍3、控制器控制器是交通

8、管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。列出控制器的状态转换表如表3所示。选用两个D触发器HD741S74做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为T1和TY,当控制器处于Q1n+1Q0n+1=00状态时，如果T1=O,则控制器保持在00状态，如果则控制器转换到Q1n+1Q0n+1=01状态。这两种情况与条件TY无关,所以用无关项X表示。其余情况依次类推，就可以列出了状态转换信号ST。其输入输出状态变化如下表所示:表2控制器状态变化编码表箱入特由现右状态转换条件次态状态转换信号QinQhT1TyQ1IQonUST000X000001X01101X001001X1

9、I111110在1I0111X10110及010010X1001根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是将Q4、Q。田和St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，即可得到下面的方程。Qi+1=Q?Qo7VQ?QSQ?QoQOna=Q：Q：7/Q?Q0QQ0St=q7QoQ?/寄+QTQQ?大汽根据以上方程，选用数据选择器741S153来实现每个D触发器的输入函数。将触发器的现态值加到741S153的数据选择输入端作为控制信号，即可实现控制器的功能，控制原理图如图6：CPoMUX2FF1Qi0.TE3gAiAonMUX1n3近Ai

10、AO01211MUXO付AiAoDQCRi-TI+VccSdIT1YSt工CR3ST工不41S153图6交通灯控制器原理图图中R、C构成上电复位电路。由两个双多路转换器741S153和一个双D触发器HD741S74组成控制器。触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换。4.译码器译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、QO的4种工作状态,翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。表3控制器状态编码与信号灯关系表QQ状态AGAYARBGBYBROO100001010100011100110010001010根据上表中信号灯与

11、Qq的状态编码，可以到输出方程：AG=Q1AY=QQy9AR=Q1BG=QQ,BY=QI盘，BR=Q.由于黄灯需要5s闪烁，需要接入脉冲信号：Ar=QQj,BY=QQcp0给定的器件中没有与门，故将其全部取反得：AG=Q1Q),Ay=Q1e)(7?,AR=Q1BG=QiQ0,BY=QQcp,BR=Q1得到的信号灯状态均为低电平有效，所以全部反接。如下图所示:C5V四、电路测试数据和结果E741SOONU2A3741S10NE741S00NU2B741S10NA路身灯H-A路黄灯-A路红灯B路螺灯B路黄灯-B路红灯图7交通灯译码电路1、555定时器输出的时钟脉冲信号-200Q2200QR3-(=

12、200QR42000R5200QJ6200QK波器-XSC1时505000间Os通道一A0.000V0.000Vo.ov反向保存时间轴比例500msQvX位置IOYfeSIY“加载B/AA/B通道A比例5VQivAC0DCj5V/Div比例丫位置回叵）区EExt.Trigger触发边沿Ja二外部电平0类型正弦标准自动无图8555定时器输出的时钟脉冲信号2、741S74各输出管脚的波形CPjff1WWMHWHJiMWWWM121：区a：图9741S74各输出管脚的波形3、各路信号灯电平变化情况AG:ay；UWAR:BG:BY：JUBR:图10A、B两路红、黄、绿信号灯的电平变化情况五、结束语1

13、.系统综述通过分析交通灯控制系统的要求可知，整个系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器构成。其中，秒脉冲信号发生器由555定时器构成；定时器由两片4位可预置二进制计数器741S163芯片、三片D触发器及若干与非门共同组成;控制器由三片数据选择器741S153及两片双D触发器741S74构成。主控制器和定时计数器必须使用同一脉冲信号,译码电路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。控制电路是系统的主要部分，由它控制定时计数电路和译码驱动电路的工作能够实现交通灯四种状态的自动转换。2 .总结及心得体会这次课程设计历时一个星期，通过这一个星期的课程设计，我们团队成员都发

14、现了自己的很多不足，找出了在模拟电路和数字电路知识上的很多漏洞，也看到了自己的在动手实践方面还缺乏经验，理论联系实际的能力还急需提高。在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。这次的课程设计也让我看到了团队的力量,我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人,个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，我们就分配好了各自的任务，分别是555秒脉冲信号发生器及定时器电路的设计、控制电路的设计、译码电路的设计；然后我们积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性；最后我们设计电路图，焊接电路板，检修线路，调试电路。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败，团结协作是