一交通灯定时控制系统

一交通灯定时控制系统在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。1、设计任务及要求设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：（1）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）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。选做扩展功能：（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。2、设计原理（1）分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯定时控制系统的原理框图如图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一个工作状态的定时。TLTYST图1交通灯控制系统原理框图（2）画出交通灯控制系统的ASM（算法状态机）图一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1：表1控制器状态信号灯状态车道运行状态S0(00)S1(01)S3(11)S2(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，乙车道通行甲车道禁止通行，乙车道缓行秒脉冲发生器控制器译码器定时器甲车道信号灯乙车道信号灯01010101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：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。由此得到交通灯的ASM图，如图2所示：图2交通灯控制系统的ASM图（3）单元电路的设计①定时器定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号ST作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，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。②控制器控制器是交通管理的核心，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。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表2所示：表2输入输出现态状态转换条件次态状态转换信号nQ1nQ0TLTY11nQ10nQST00000101111110100X1XX0X10X1XX0X1000101111110100001010101AGBRSTTLARBYARBGAYBRTYTLTYSTSTST控制器的逻辑图自行设计。③译码器译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。译码器电路请自行设计。表3Q1Q0AGAYARBGBYBR000111101000100010010010011000103、设计内容与步骤（1）在Multisim工具软件中设计电路并进行仿真，仿真结果正确则进入下一步骤；（2）安装、调试定时电路；（3）安装、调试控制器电路；（4）安装、调试译码器电路，其输出接甲、乙车道上的6只信号灯（用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能；（5）安装、调试秒脉冲产生电路；（6）完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。4、参考元器件集成电路：74LS741片，74LS002片，74LS1532片，74LS1632片，NE5551片电阻：52K1只，2006只电容：10F1只，0.1F1只其他：发光二极管6只5、设计报告要求（1）设计目的。（2）设计指标。（3）总体框图设计，有目标、状态分析、模块组成，并配有分析和原理说明。（4）功能模块设计，可以多个方案，包括单独测试的原理图，并有详细原理说明。（5）总电路图设计，有原理说明。（6）实验仪器、工具。（7）使用元器件。（8）总结：遇到的问题和解决办法、体会、意见、建议等。