交通灯控制电路设计与仿真--上海大学课程设计报告

电子技术课程设计报告——交通灯控制电路设计与仿真魔都大学机自学院自动化系电气工程及其自动化姓名:水源蓝翼sky学号:1314521指导老师:徐昱琳2014年6月26日Content一．设计任务及要求二．设计思路，步骤及仿真调试a)题意分析及构造框架b)灯显示电路的设计及仿真调试c)状态控制电路设计及仿真调试d)定时器电路的设计及仿真调试e)脉冲电路的设计与仿真调试三．小结-1-一、设计任务及要求：设计一个主干道和支干道十字路口的交通灯控制电路，其要求如下：1.一般情况下，保持主干道畅通，主干道路灯亮、支干道红灯亮，并且主干灯亮的时间不少于60S；2.当主干道绿灯亮超过60S，且支干道有车时，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，但支干道绿灯亮的时间不得超过30S；3.每次主干道或支干道绿灯亮变红灯时，黄灯先亮5S。二、设计思路步骤及仿真调试a)题意分析与框架构造系统由控制器和处理器组成，控制器接受外部系统时钟和传感器信号。处理器由定时器和译码器组成。定时器能向控制器发出60s，30s或5s定时信号，译码器显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号。根据题目要求画出系统框图。-2-其中：TL:主干道绿灯亮的最短时间间隔，不少于60s或者支干道绿灯亮的最长时间间隔，不多于30s。此时TL=1，否则TL=0;TY：表示黄灯亮的时间间隔为5s，此时TY=1，否则，TY=0.TS：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。b)灯显示电路设主干道绿灯、黄灯、红灯分别为G1、Y1、R1；支干道绿灯，黄灯、红灯分别为G2、Y2、R2，并且均用0表示灭，1表示亮.交通灯控制器的控制过程分为四个阶段，对应的输出有四种状态，分别表示。𝑺𝟎状态：主干道绿灯亮，支干道红灯亮，此时主干道允许车-3-辆通行，支干道禁止车辆通行。当主干道绿灯亮够60秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。𝑺𝟏状态：主干道黄灯亮，支干道红灯亮，此时主干道允许超过停车线的车辆继续通行，而未超过停车线的车辆禁止通行，支干道禁止车辆通行。当主干道黄灯亮够5秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。𝑺𝟐状态：主干道红灯亮，支干道绿灯亮。此时主干道禁止车辆通行，支干道允许车辆通行，当支干道绿灯亮够30秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。𝑺𝟑状态：主干道红灯亮，支干道黄灯亮。此时主干道禁止车辆通行，支干道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁止通行。当支干道红灯亮够5秒后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。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、10、11，并分别用表示，则控制器的工作状态及功能如表1、2所示，控制器应送出主、支干道红、黄、绿灯的控制信号。状态状态编码0S001S012S113S10对应的有四种输出状态：（同时，根据要求，我们也可加上定时器的-4-对应状态）真值表主干道支干道TLTYTS(TL状态发生变化的时刻)𝐺1𝑌1𝑅1𝐺1𝑌1𝑅1𝑆000100001101𝑆101010001011𝑆211001100101𝑆310001010011TL与TY是状态转换的条件。所以可作出下面的转换图：可采用4位二进制计数器74HC161实现控制器的四个状态循环。当倒计时计数值为01时T1=1，作为74HC61的计数使能信号。状态QBQAG1Y1R1G2Y2R2S000100001S101010001S211001100S310001010-5-如下图所示，利用D触发器，与门以及非门的组合形成主干道与支干道的灯显示电路图：图（b）灯显示电路-6-c）状态控制电路用与非门和非门以及D触发器画出下图：图c：状态控制电路d）定时器电路的设计十字路口的计时提示，有助于路人更好的观察时间，具体设计如下所述：这里我选择的是加计数器74LS163D。由于主干道与支干道的计时时间不一样，并且都大于10s，主干道60s，支干道30s，所以然后选择了4个数码管。如下图所示，上面两个数码管表示的是主干道的计时工作，左边表示个位数，右边表示十位数，它们都采用了置0法。对于十位上的数，从0计数到5，个位上从0计数到9。同理，下面的数码管十位上的数从0计数到2。其脉冲信号有555多谐振荡器提供。这里最大的问题就是：如何是上下的数码管轮流工作。为此，绞-7-尽脑汁，最后想出来了用D触发器。D触发器的时钟信号由60s与30s的最后一个数“与”提供，然后将输出端分别接上面和下面的数码管。这样就可以实现上下的轮流工作。具体见下图：图d：定时器电路设计e）脉冲电路利用555定时器为主组成多谐振荡器，输出1Hz的矩型方波，实现脉冲电路功能。组成的脉冲电路如图所示：-8-参数计算如下：22ln20.7pLtRCRC1212()ln20.7()pHtRRCRRC1211.43(2)plphfttRRC其中𝑅1=4.7KΩ，𝑅2=500Ω，输出端接上了一个开关，可以控制系统工作的开始和暂停。总图如下：总图三．小结首先看到这个数电报告的题目，感到一片茫然，不知道从哪下手，好像是没学过一样(估计理论知识没学好的缘故)。慢慢的沉下心来，-9-认真地理解并分析题意，逐渐地有了一点思路。但是发现自己所掌握的那点知识还不够，于是把教材重新拿起来，看看集成电路的相关知识，再通过查阅相关的资料，开始形成了一个大致的框架。再一点点的利用课本知识画卡诺图等等设计出工作电路，最后通过仿真，观察实际效果。似然结果不够完美，但是达到了要求。在这个课程设计中，最大的问题就是，定时器怎么设置，以及定时器和控制器怎么结合到一块，因为实际操作的经验缺乏以及理论知识的不扎实，让自己苦思了很久，最后还是查阅了一些资料才有了些大概的了解。一开始看到定时器就想到了课本上所学的555定时器，但是思考一下，觉得555定时器貌似不可以用，因为电路要求是60,30,5s的计时，而555定时器能产生间隔时间可控制的方波，所以最后没有使用555定时器作为倒计时器，而是使用了74LS193，555多谢振荡器有产生时钟信号的作用。此外，还有一个深刻的印象就是，数电电路有时候看起来特别复杂，线非常的多，感觉分析的话真的无从下手。但是通过这次的课程设计，我发现即使是非常难的电路，都是由一个一个模块组合起来的。比如这题当中的交通灯电路的控制与设计就是由控制器，计时器，以及灯显示器等等组合起来的，所以给我们一个经验就是，分析一个集成电路，要将其模块化，每一个模块的作用是什么，然后整体上去把握，就能很容易的了解电路的作用，这对我们设计一个电路也是很好的经验。另外还有一个问题，就是在设计控制电路时，已经设计好了计时器，之后想把计时器结合到一块，因为主干道灯亮60s与主干道绿灯-10-亮是结合到一块的，所以就想怎么通过计时器控制灯的显示灯的亮暗。在这里，我觉得很巧妙的就是利用了D触发器，由于D触发器就是来一个脉冲就翻转一次，所以就想到了可以控制绿灯与黄灯，以及和红灯之间的亮暗。然后利用74LS163在60s与30s时有清零的作用，于是将清零端接一个与门控制D触发器的触发。具体的操作见图。总之，在设计过程中，问题重重，但是不断地与同学讨论，加上自己的思考，逐渐地解决了这一系列问题。尽管很花时间与精力，但是最后成功的那一刻，还是非常的喜悦的。与模电有种同样的感觉就是，我们所学的电子技术非常地具有实际使用价值，而我们目前所学的只是皮毛。要想真正地做好课程设计，必须努力学好理论知识，然后多操作，将理论与实际结合起来，才能更好地掌握电子技术，更好地在实际生产生活中运用我们所学的指示，解决实际当中的问题。（内容仅供参考，切勿抄袭。革命尚成功，同志需努力！！）