交通信号灯控制器

交通信号灯控制器 1.1 设计 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目及要求 1.2 备选方案设计与比较 1.2.1 方案一 1.2.2 方案二 1.2.3 各方案 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 比较 2.1 总体 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 说明 2.2 模块结构与方框图 3.1 功能模块一-----PI（倒计时计数模块） 3.1.1 模块电路及参数计算 3.1.2 工作原理和功能说明 3.1.3 器件说明 3.2 功能模块二 -----YU（红黄绿灯状态转换） 3.2.1 模块电路及参数计算 3.2.2 工作原理和功能说明 3.2.3 器件说明 3.3 功能模块三------AN（秒脉冲产生电路） 3.3.1 模块电路及参数计算 3.3.2 工作原理和功能说明 3.3.3 器件说明 4.1 整体电路图 4.2元件清单 5.1 电路仿真调试 5.1.1 调试步骤及测量数据 5.1.2 故障分析及处理 5.2 整体性能指标测量 1.1 设计要求 （1）有东西方向和南北方向两条车道，东西方向为主干道，通行时间设为45秒，南北方向为匝道，通行时间设为20秒，两条交叉道路上的车辆交替运行，并且两条车道上的预 置时间均可修改; （2）在路灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道; （3）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次； （4）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显 示器进行显示（采用倒计时的方法）。 1.2 备选方案设计与比较 1.2.1 方案一：采用计数器74163实现 74163是一个具有同步清零、同步置数、可保持状态不变的4位二进制同步加法计数器，其功能如下表所示。 输出 输入 ENT ENPCLK Q n 0 x x ? 同步清除 x ? 同步预置 1 0 x ? 计数 x x 保持 1 1 1 x 保持 1 1 1 0 x 1 1 x 0 若选用集成计数器74163来实现，则其输出状态编码与车道状态的对应关系为 S0=0000，S1=0001,S2=0010,S3=0011(输出的编码从左至右分别为QD、 QC、QB、QA )。 通过信号灯与车道状态的关系可进一步得到，计数器输出状态编码与信号灯状态的对应关系 如下表所示。 表2 状态编码与信号灯状态关系表 QD QC QB GA YA RA GB YB RB QA 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 由表2可以得出信号灯状态的逻辑表达式： QAQBQCQDQBQCQD YA=QA RA=QB GA= GB=QAQCQDQAQBQCQDQBQB YB= RB= 车道状态由S0-S1-S2-S3的逐步变换实际上就是计数器74163一个加法计数器的过程。 74163的输出由0000开始加法计数，加至0011后又返回0000重新计数。因此观察74163 的功能表，只要在计数时给CLR高电平，计满0011后给CLR一个低电平，这样就可以实现 上述变化。因此，只需将74163的输出端QA、QB用一与非门连接后接在CLR端即可。同时， 74163的引脚LOAD、ENP、ENT置高电平，CLK输入时钟脉冲（暂时由时钟信号源替代），引 脚A、B、C、D、RCO悬空。按此方法连接后的电路如下图所示。 图1 74163构成的信号转换器 1.2.2 方案二：采用JK触发器实现 若选用JK触发器，设状态编码为S0=00,S1=01,S2=11,S3=10,其输出为Q1、Q0，则其 与信号状态关系如表3所示。 表3 状态编码与信号灯关系表 现态 次态 输出 nnn，1n，1QQQQ GA YA RA GB YB RB 1010 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 由表3可以得出信号灯状态的逻辑表达式： nnnnn YA=Q RA=Q QQQ01011 nnnnnGB=QQ YB=Q RB= QQGA=10101 JK触发器的输出状态是与J输入端的状态是相同的，同时分析表3，触发器0的现态与触发器1的次态相同，触发器1 的现态与触发器0 的次态相反，因此可以将触发器0的输出端Q，QQ(现态)分别接触发器1的J、K输入端（次态），触发器1的输出端Q，（现态）分别接触发器0 的K、J端（次态），取触发器0为U1A、触发器1 为U1B，连接后的电路图如图3所示。 图3 JK触发器构成的信号转换器 对方案一和方案二进行比较，发现方案二无论是从原理还是从接法画线上，都是比较简 单易懂的，工作效率高，而且不容易出错。故信号灯转换器选择方案二的接法，即用JK触发器进行信号灯的转换。 2.1 总体设计方案说明 依据功能要求，交通灯控制系统主要由秒表脉冲信号发生器、倒计时计数电路和信号灯 转换器组成，原理框图如下图1.1.1所示。秒表脉冲发生器是该系统倒计时计数电路和 黄灯闪烁控制电路的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 时钟信号源。倒计时计数器输出两组驱动信号T5和T0，分别 为黄灯闪烁和变换为红灯的控制信号，这两个信号经信号灯转换器控制信号灯工作、倒 计时计数电路是系统的主要部分，有它控制信号灯转换工作。 东西方向 秒脉冲倒计时 信号灯 发生器 计时器 转换器 南北方向 图1.1.1 （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 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的时间隔TL时，控制器发出状态信号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（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 功能如表12、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，并作如下图1.1.2所示： 控制状态 信号灯状态 车道运行状态 甲车道通行，乙车道禁止通 S0（00） 甲绿，乙红 行 甲车道缓行，乙车道禁止通 行 S1（01） 甲黄，乙红 甲车道禁止通行，甲车道通 行 S3（11） 甲红，乙绿 甲车道禁止通行，甲车道缓 行 S2（10） 甲红，乙黄 图1.1.2 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； BY=1：乙车道红灯亮； 2.2.模块结构与方框图 （1）倒计时计数器 十字路口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体工作方式为： 当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1，计数方式开始工作，直至减数为“5”和“0”，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的循环，在 倒计时过程中计数器还向信号灯转换器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0,用以控制黄灯的闪烁和黄灯向红灯的变换。 倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。 计数器选用集成电路74190进行设计较简便。74190是十进制同步可逆计数器，它具有 异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QD、QC、QB、QA的输出数据间接实现清零功能。功能如表4所示。 表 4 74190的功能表 CTENLOAD D/U CLK A B C D QaQbQcQd X X X 0 X X X X A B C D 0 1 1 X X X X 减计数 0 0 1 X X X X 加计数 1 X X 1 X X X X 0 0 0 0 CTENLOAD D/U CLK A B C D QA QB QC QD X X X 0 X X X X A B C D 0 1 ? 1 X X X X 减计数 0 0 ? 1 X X X X 加计数 1 X X 1 X X X X 0 0 0 0 要实现45s的倒计时，需选用两个74190芯片级联成一个从99倒计到00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连接起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9，0（0000）和9（1001），之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。 预置数（即车的通行时间）功能：用8个开关分别接在十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。预置数的范围为1～99 。假如把通行时间设为45s,就像图4的接法，A接0 ，B接1，C接0，D接0，E接0，F接1，G接0，H接1。接电源 相当于接1，悬空相当于接0。 图4 预置数45连接方法 而要实现20s的倒计时，必需选用一个EMR011A05的继电器或JK触发器实现置数电平的转换，若采用JK触发器，则JK触发器的JK端都接+5V的高电平，作为T触发器。时钟源CLK接个位数74190芯片的置数端LOAD，清零端CLR接高电平+5V，后8个开关作为置数使用分别接在个位和十位74190芯片的四位二进制输入端D、C、B、A。JK触发器的输出端Q和+5V高电平用一个与门连接起来接在后8个开关的另一端。JK触发器为负脉冲边沿触发 方式，74190数据输出端QD、QC、QB、QA用两个四输入或非门相接，输出信号再用一个与 非门7400N连接，输出的信号接到JK触发器的时钟源CLK，当从45减到00时，7400N与门输出一个负脉冲，触发JK触发器工作，输出高电平给后8个开关置数。 预置数（即车的通行时间）20功能：用8个开关分别接在十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。预置数的范围为1～99 。假如把通行时间设为20s,就像图4的接法，A接0 ，B接1，C接0，D接0，E接0，F接1，G接0，H接1。接电源相当于接1，悬空相当于接0。 图5 预置数20连接方法 按照74190的功能表，CTEN端接低电平，加/减计数控制端D/U接高电平实现减计数。预置端LOAD接高电平计数，接低电平时预置数，因此，工作开始时，LOAD为0，计数器预置数，置完数后，LOAD变为1，计数器开始倒计时，当倒计时减到数00时，LOAD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。这可以借助两片74190的8个输出端来实现，用或门将8个输出端连接起来，再接在预置端LOAD上。但由于没有8输入的或门，所以需要改用两个4输入的或非门连接，然后再用一个与非门连接来完成此功能。连接后的电 路图如图6所示（此电路为层次电路）。 图6 倒计时计数器电路 （2）倒计时计数器与信号灯转换器的连接 倒计时计数器向信号灯转换器提供定时信号T5和定时信号T0以实现信号灯的转换。T0表示倒计时减到数“00”时（即绿灯的预置时间，因为到“00”时，计数器重新置数），此时 给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。 接法为：把个位、十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD分别用一个4输入或非门连起来，再把这两个4输入或非门的输出用一个与门连起来。T5表示倒计时减到数“05”时，给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯的不变。接法为：当减到 数位为“05”（0000 0101）时，把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD 用一个4输入或非门连起来，个位计数器的输出端QB、QD 用一个两输入或非门连起来，再把这两个或非门与 个位计数器的输出端QA、QC 用一个4输入与门连接起来。最后将T5和T0两个定时信号用或门连接接入信号灯转换器的时钟端。连接后的电路如图所示。 图7 交通灯信号控制器电路图 （3）黄灯闪烁控制 要求黄灯每秒闪一次，即黄灯0.5s亮，0.5s灭，故用一个频率为1HZ的秒脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连接至黄灯。 （4）秒脉冲产生电路 秒脉冲产生电路的功能是产生标准秒脉冲信号，主要由振荡器和分频器组成。振荡器是计时 器的核心，振荡器的稳定度和频率的精度决定了计时器的准确度，可由石英晶体振荡电路或 555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。一般来说，振荡器的频率越高，计时器的精度就 越高，但耗电量将增大，故在设计时，一定根据需要设计出最佳电路。石英晶体振荡器具有 频率准确、振荡稳定、温度系数小的特点，但如果精度要求不高的时候可以采用555构成的多谐振荡器。 3.1 功能模块一-----PI（倒计时计数模块） 3.1.1 模块电路及参数计算 电路如右图所示3.1.3 图3.1.1 3.1.2 工作原理和功能说明 用74190实行自减一从而实现倒计时功能，用JK触发器改造成T’触发器实行74190的置数的循环跳变，用二极管阻止其电平的双向导通。 3.1.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等） JK触发器 表3.1.4 JK触发器的功能表 7408二输入与门 表3.1.5 7408的功能表 3.2 功能模块二 -----YU（红黄绿灯状态转换） 3.2.1 模块电路及参数计算 电路图如用图3.2.1所示 图3.2.1 由题目要求可得信号灯状态的逻辑表达式： Ga=QQQ01 Ya=1Q0 Ra=Q1 Gb=Q1Q0 Yb=Q1QQ0 Rb=1 3.2.2 工作原理和功能说明 用JK触发器实现信号灯状态转换，用7408接脉冲实现黄灯的闪烁。 3.2.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等） JK触发器 JK触发器的功能表 7408与门 7408逻辑功能表 4002四输入或非门 4002四输入或非门功能表 74LS21四输入与门 74LS21四输入与门功能表 4001二输入或非门 4001二输入或非门功能表 7400二输入与非门 7400二输入与非门功能表 3.3 功能模块三------AN（秒脉冲产生电路） 3.3.1 模块电路及参数计算 电路如图3.3.1所示 图3.3.1 3.3.2 工作原理和功能说明 秒脉冲产生电路主要是用一个555定时器和三个十进制计数器74160构成。其原理是555定时器与RC组成多谐振荡器，三个计数器74160组成分频器对多谐振荡器进行分频。 3.3.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等） 74160的构图 74160的功能表 555定时器构图 555定时器功能 整体电路图如下图所示： 层次原理图如下图所示： 4.2 元件清单 1. 74190 2个 2. JK触发器 3个 3. 74160 3个 4. 555定时器 1个 5. 7408 8个 6. 4002 2个 7. 4001 1个 8. 74LS21 1个 9. 7400 1个 10. 7432 1 个 5.1 电路仿真调试 条件：(1)有东西方向和南北方向两条车道，东西方向为主干道，通行时间设为45秒，南北方向为匝道，通行时间设为20秒，两条交叉道路上的车辆交替运行，并且两条车道的预 置时间均可设置修改； (2) 在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道； (3) 黄灯亮时，要求每秒闪亮一次； (4) 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进 行显示（采用倒计时的方法）。 调试主要仪器设备：无 5.1.1 调试步骤及测量数据 1.打开电子线路仿真实验图，进入倒计时计数模块（PI）调节开关进行置数，实现两 条车道的预置时间均可设置修改。 2.在顶层图中观看交通灯转换关系，实现东西方向通行时间为45秒，南北方向通行时间为20秒。在绿灯转为红灯时，黄灯先亮5秒钟变换运行车道。黄灯亮时，每秒闪亮一次。 5.1.2 故障分析及处理 在层次原理图分层时容易出现错误，经常会出现逻辑器件工作异常，应用探针检测其 两边的情况，在进行切换到另一个层次图中，多测几次，直到全部正常。 5.2 整体性能指标测量 实现设计要求的所有功能，即东西方向为主干道，通行时间为45秒，南北方向为匝道，通行时间为20秒。两条交叉道路上的车辆交替运行，并且两条车道的预置时间均可设置修改。 在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。黄灯亮时，每秒闪亮一次。 每一种灯亮的时间都是显示器倒计时进行显示。 通过本次试验，自己收获很多，首先让自己掌握了如何熟练的使用Multisim 10软件，查找元件、了解各个元器件的功能，引脚，封装。其次，通过这次的实验，加深了大二学过的模 拟电子技术、数字电子技术的原理的理解。以前学的也都是很笼统的理论知识，不知道如何 用到实践上，然而这次实验仿真加强了自己的动手能力、工程综合能力和创新能力，使自己 根据电路仿真的要求应该有明确的整体设计思想，通过分析选择合适的单元电路。计算，设 定电路的相关参数值，从小模块设计起，再到整个模块.锻炼了动手能力和综合分析能力。 但同时，自己的理论知识不扎实，很多原理都不懂，例如十进制加计数器的功能表，JK触发器的工作原理都不记得了，需要查找书才能回忆起来。希望在日后的设计当中能改进。 [1] 梁宗善. 电子技术基础与课程设计.华东理工大学出版社. 1994. [2] A.P.Goutzoulis and D.R.Pape, Design and Fabrication of Acousto-optic devices, Marcel Dekker, New York, 1994 [3]《数字系统设计---数字电路课程设计指南》 高书莉 编著 北京邮电出版社 [4]《数字电路逻辑设计---脉冲数字电路 第三版》 王 银 主编 高等教育出版社 [5]数字电路实验指导书》张亚婷 杨乐 郭华 王利 周丽娟 编 西安邮电学院电子与信息系统工程系