交通灯设计(正文).doc

1.系统概述 红绿灯交通信号系统为模拟实际的十字路口交通信号灯，主要包括两组红黄绿灯与计时显示器。系统由脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。其中脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时器向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管发光。译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，分别产生三种倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应的转变。 红绿灯交通信号系统外观示意图如图1所示： 设计一个十字路口交通信号灯控制器，其功能如下： 1.在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一个方向是绿灯、黄灯、红灯；另一个方向是红灯、绿灯、黄灯。 2.设置一组数码管，以计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间。其中，绿灯亮的时间是30s，黄灯亮的时间是5s。 2.系统逻辑分析 虽然我国的交通灯五花八门，各种各样的样式在各地都有不同，但是在一般实际情况下，一个普通十字路口，东西方向和南北方向的车流量都基本相同。 因此，把绿灯亮的时间设置为30s，黄灯亮的时间设为5s，红灯亮的时间设为355s设A代表东西干道，B代表南北干道；R代表红灯亮，Y代表黄灯亮，G代表绿灯亮。且设东西南北干道红、黄、绿灯亮的四种状态分别由Q1、Q0的四种数值组合表示，如下： 1.Q1Q0为00时，东西干道绿灯与南北干道红灯亮，即：AG、BR，时间持续30s； 2.Q1Q0为01时，东西干道黄灯与南北干道红灯亮，即：AY、BR，时间持续5s； 3.Q1Q0为10时，东西干道红灯与南北干道绿灯亮，即：AR、BG，时间持续50s； 4.Q1Q0为11时，东西干道红灯与南北干道黄灯亮，即：AR、BY，时间持续5s； 四个状态以00-01-10-11的顺序循环出现。其工作流程图如图2： 3.总体设计方案 在一个有东西南北干道的十字路口，各设置一组红、黄、绿三色的交通灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。在绿灯变为红灯之前，黄灯先亮2秒，以提示未通行的车辆准备停车。由于两干道车流量辆差不多，所以要求东西干道处于通行状态的时间设为30秒；南北干道通行时间也为30秒。 主要功能为： 1.实现红绿灯的交通管制功能； 2.在红绿灯交换的前5秒，由黄灯提示司机注意，准备停车，且此时绿灯熄灭； 3.采用倒计时的方式，提示司机剩余时间。 简单原理如下： 由555时钟信号发生电路产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置计时工作稳定进行。用一片74LS191和一片74LS190作为控制电路计数器，将其输出端通过74LS154译码器与八输入与非门74LS30相连，实现对交通灯的状态控制。用另外两片74LS190作为显示控制器。 总体方案原理图如图3： 在此电路中，555时钟信号发生器产生一个以秒为单位的CP脉冲，CP脉冲通过五进制计数器74LS190分频，把分频后的脉冲接到十四进制计数器74LS191上，再把74LS191的四位输出端对应的接到译码器74LS154上。这样用秒脉冲将交通灯周期平均分成14份每份5秒，对应输出，用八输入与非门相连，接到对应的交通灯上，实现对交通灯的状态控制。 状态控制电路选用两片74LS190，用秒脉冲触发。其置数端由控制电路控制当红灯亮时显示电路置成35秒，绿灯亮时置成30秒，黄灯亮时置成5秒。 4.单元电路设计 4.1 秒脉冲产生电路 将555芯片按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生周期不同的脉冲信号，即不同的频率的脉冲。 本次课程设计需要以秒为单位的脉冲信号，因此利用参数为10uF和0.01uF的2个电容，与参数为4.7k的2个电阻按图4构成电路。 脉冲周期T=（R1+2R2）CLn2， 带入参数可算得周期T约等于1s。 使用主要器件：555芯片一片、参数为10uF和0.01uF的电容、两个参数电阻。为48k电阻。 图4 秒脉冲触发器 4.2 计时电路 4.2.1 计数器电路 利用74LS190与74LS191功能，分别结成五进制和十四进制计数器，五进制计数器用秒脉冲触发十四进制计数器用五进制计数器触发，其周期刚好为交通灯循环周期70秒。 表1 状态控制器输出 计时电路置数 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 注：符号“’”代表逻辑非。 按照上述函数表达式将代表状态的信号连接至计数器置数端D3、D2、D1、D0上，通过状态变量控制置数。并将计数器高位进位RCO通过非门连至其同步置数端LOAD上，即：当此次计数至1111时，再接受一个脉冲信号，RCO由0变为1，同时，LOAD由1变为0，在脉冲到来时开始下一次置数。 另外，由于刚接通电路时，RCO没有进位信