電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

——交通燈控制電路

XX大學(xué)機(jī)自學(xué)院自動(dòng)化系

自動(dòng)化

專業(yè)

姓名:

學(xué)號(hào):

指導(dǎo)老師:

2018年X月X日

一、主要用途：

交通信號(hào)燈使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力、減少交通事故有明顯效果。

在十字交叉路口，為保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。

二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：

設(shè)計(jì)一個(gè)主干道和支干道十字路口的交通燈控制電路，其要求如下：

1.一般情況下，保持主干道暢通，主干道路燈亮、支干道紅燈亮，并且主干燈亮的時(shí)間不少于60

S；

2.當(dāng)主干道綠燈亮超過60

S，且支干道有車時(shí)，主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，但支干道綠燈亮的時(shí)間不得超過30S；

3.每次主干道或支干道綠燈亮變紅燈時(shí)，黃燈先亮5S。

三、設(shè)計(jì)思路步驟及仿真調(diào)試

設(shè)計(jì)分析

分析可知，所需的交通燈有以下四個(gè)狀態(tài)：

a.主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，此時(shí)主干道允許車輛通行，支干道禁止車輛通行。當(dāng)主干道綠燈亮夠60秒后，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)。

b.主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，此時(shí)主干道允許超過停車線的車輛繼續(xù)通行，而未超過停車線的車輛禁止通行，支干道禁止車輛通行。當(dāng)主干道黃燈亮夠5秒后，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)。

c.主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。此時(shí)主干道禁止車輛通行，支干道允許車輛通行，當(dāng)支干道綠燈亮夠30秒后，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)。

d.主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。此時(shí)主干道禁止車輛通行，支干道允許超過停車線的車輛通行，而未超過停車線的車輛禁止通行。當(dāng)支干道紅燈亮夠5秒后，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)。

以上a,b,c,d四種狀態(tài)依次交替循環(huán)，達(dá)到指揮交通的功能。

分析得出，交通燈系統(tǒng)共由脈沖信號(hào)模塊，交通燈模塊，控制模塊，倒計(jì)時(shí)模塊四部分組成，如下圖1所示。

主干道

A1

A2

A3

控制

模塊

倒計(jì)時(shí)

模塊

脈沖信號(hào)模塊

發(fā)生器

T0

支干道

B1

B2

B3

圖1

交通燈控制系統(tǒng)原理框圖

整個(gè)系統(tǒng)的核心是利用能夠進(jìn)行60進(jìn)制、30進(jìn)制以及5進(jìn)制并切換的減法計(jì)數(shù)器，在譯碼器及與非門的配合下實(shí)現(xiàn)交通燈信號(hào)燈的切換。

1.脈沖信號(hào)模塊

信號(hào)的產(chǎn)生采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。取R1=10kΩ，C2=10uF，通過

f=1tpL+tph≈1.43R1+2R2C2=1

設(shè)計(jì)計(jì)算得R2≈66kΩ，此處采用100kΩ滑動(dòng)變阻器。

設(shè)計(jì)如下圖2所示的多諧振蕩器，產(chǎn)生1Hz的方波周期信號(hào)。

圖2

多諧振蕩器

2.交通燈模塊

設(shè)主干道紅燈、黃燈、綠燈分別為A1、A2、A3；支干道紅燈，黃燈、綠燈分別為B1、B2、B3，如下圖3所示。

圖3

交通燈模塊

3.控制模塊

使用74LS163N十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成三進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，同時(shí)用與非門控制三個(gè)顏色交通燈的亮與滅。

74LS163N的CP信號(hào)由倒計(jì)時(shí)模塊高位74LS192N的BO控制。即每當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)的高位產(chǎn)生借位信號(hào)時(shí)通過BO傳給74LS163N一個(gè)信號(hào)使之變燈。

令前述的a,b,c,d四種交通燈狀態(tài)依次為00,01,10,11，以74163N的QA,QB輸出。

主干道紅燈、黃燈、綠燈分別為A1、A2、A3；支干道紅燈，黃燈、綠燈分別為B1、B2、B3?？傻谜嬷当砣缦?。

QB

QA

A1

A2

A3

B1

B2

B3

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

由真值表化簡(jiǎn)可得各信號(hào)燈的邏輯表達(dá)式：

A1=QB,A2=QBQA,A3=QBQA,B1=QB,B2=QBQA,B3=QBQA

故采用與非門控制連接交通燈和74LS163N如下圖4：

圖4

74163N和與非門構(gòu)成的交通燈控制模塊

4.倒計(jì)時(shí)模塊

倒計(jì)時(shí)模塊由減法計(jì)數(shù)器和7段數(shù)碼管顯示器組成。

十字路口的交通燈要有數(shù)字顯示，且是倒計(jì)時(shí)，以便人們能夠更好的把握好時(shí)間。具體的工作方式為：當(dāng)主干道的綠燈亮?xí)r，將顯示器置為60s，然后每秒減1，計(jì)數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為00，此時(shí)變燈并置05s，再執(zhí)行每秒減1，減到00后變燈并置30s，遞減。一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一工作循環(huán)。

倒計(jì)時(shí)模塊選用兩片74LS192級(jí)聯(lián)，通過將低位的借位端BO與高位的減數(shù)計(jì)數(shù)控制端DOWN連接，構(gòu)成減法計(jì)數(shù)器。CP由多諧振蕩器的輸出端接到低位74LS192的減數(shù)計(jì)數(shù)控制端DOWN控制。

預(yù)置端LOAD接高電平時(shí)計(jì)數(shù)，接低電平時(shí)預(yù)置數(shù)。因此，工作開始時(shí)，LOAD為0，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，置數(shù)后，LOAD變?yōu)?，計(jì)數(shù)器開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)00時(shí)，LOAD又變?yōu)?，計(jì)數(shù)器又預(yù)置數(shù)，之后又倒計(jì)時(shí)，如此循環(huán)下去。

這可以借助兩片74190的借位端BO來實(shí)現(xiàn)，用或門將兩個(gè)BO連起來，再接在預(yù)置數(shù)端LOAD上。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)00時(shí)，兩個(gè)BO均產(chǎn)生一低電平信號(hào)，通過或門使兩片74190的LOAD端置數(shù)。

由于四種狀態(tài)的置數(shù)各不相同，設(shè)高位74LS192N的置數(shù)端依次為DH,CH,BH,AH,低位的置數(shù)端依次為DL,CL,BL,AL,由前述的真值表和8位置數(shù)端在各狀態(tài)下的取值，分析可得，DH=0,CH=A3,BH=QA,AH=B3

DL=0,CL=QA,BL=0,AL=QA

故可利用信號(hào)燈和74163N輸出端的信號(hào)結(jié)合與非門控制置數(shù)端在不同狀態(tài)下的取值。設(shè)計(jì)如下圖5

圖5

減法計(jì)數(shù)器和7段數(shù)碼管顯示器構(gòu)成的倒計(jì)時(shí)模塊

三、電路的測(cè)試與仿真

狀態(tài)a：

符合設(shè)計(jì)要求1：一般情況下，保持主干道暢通，主干道路綠燈亮、支干道紅燈亮，并且主干燈亮的時(shí)間不少于60

S；

狀態(tài)b：

符合設(shè)計(jì)要求3：每次主干道或支干道綠燈亮變紅燈時(shí)，黃燈先亮5S。

狀態(tài)c：

符合設(shè)計(jì)要求2：當(dāng)主干道綠燈亮超過60

S，且支干道有車時(shí)，主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，但支干道綠燈亮的時(shí)間不得超過30S；

狀態(tài)d：

符合設(shè)計(jì)要求3：每次主干道或支干道綠燈亮變紅燈時(shí)，黃燈先亮5S。

綜上所述：該交通燈符合設(shè)計(jì)要求。

四、總結(jié)

這次數(shù)電設(shè)計(jì)對(duì)我是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。一開始時(shí)我完全沒有思路，后來通過在網(wǎng)上查閱了一些文獻(xiàn)，理清了設(shè)計(jì)過程，明白了無論多復(fù)雜的功能結(jié)構(gòu)，都要先分析要設(shè)計(jì)哪些模塊，再將各個(gè)模塊分別設(shè)計(jì)，最后匯總。

還有在設(shè)計(jì)時(shí)一定要了解清楚芯片各個(gè)針腳的功能，否則會(huì)遇到很多麻煩。在設(shè)計(jì)時(shí)我用到74LS192芯片，但由于網(wǎng)上資料不夠詳細(xì)，我對(duì)于BO端口的功能不是很清楚，導(dǎo)致起初我一直以為只要減法計(jì)數(shù)器減到0時(shí)BO就一直為低電平輸出，使我無法設(shè)計(jì)置位端LOAD。后來我才了解到BO端口是在計(jì)數(shù)器為0時(shí)再減1的瞬間產(chǎn)生一個(gè)短暫的負(fù)向脈沖，正是利用這個(gè)原理才使我的設(shè)計(jì)得以完成。

同時(shí)由于我采用的multisim14版本有些原因不明的bug，也為我的調(diào)試帶來了許多問題。在我的設(shè)計(jì)圖中，我在倒計(jì)數(shù)模塊的或門輸出端接了一個(gè)開關(guān)，是因?yàn)槿绻サ暨@個(gè)開關(guān)，直接用導(dǎo)線連接，就會(huì)導(dǎo)致通電時(shí)計(jì)數(shù)器只從60跳到59就卡住，不再工作。加一個(gè)開關(guān)也是我調(diào)試了好久才發(fā)現(xiàn)的解決辦法。

總之這次數(shù)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)使我對(duì)上課時(shí)學(xué)到的知識(shí)有了更深入的認(rèn)識(shí)，更使我體會(huì)到了設(shè)計(jì)的流程和思路，也了解到了設(shè)計(jì)時(shí)常遇到的一些問題和解決方法。