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电子技术课程设计 -交通信号灯控制电路的设计学院:机电与汽车工程学校专业:机械电子工程一班学号:08490112 姓名: 1. 设计任务及主要技术指标和要求设计任务:设计制作一个十字路口交通信号灯的控制电路设计要求: 1、主干道经常通行 ;2、支干道有车才通行 ;3、主支干道都有车时,两者交替通行,并要求主干道每次至少放行30秒,支干道每次至多放行20秒;4、每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮五秒钟(此时原红灯不变)交通信号灯控制电路的工作原理有这样一个十字交叉路口如图1所示。每个路口都设有交通信号灯,红灯表示禁止通行;绿灯表示可以通行;红绿灯交替时,黄灯表示已越过停车线的车辆继续通行,而停车线内的车辆停止运行。B车道车辆多而A车道车辆少,所以B经常通行而A有车才通行,A、B都有车时按照规定的时间交替通行。( B干道为主干道,A干道为支干道)AB图 1路口车辆运行情况有以下四种:a: B车道通行,A车道不通行。b: B车道停车,A车道不通行。c: B车道不通行,A车道通行。d: B车道不通行,A车道停车。这就是求主控制电路也有四种状态: 首先,假设B车道通行,有车辆过来,这时“B绿灯”和“A红灯”亮,;此时A车道来车,B车道无车,传感器发出信号,使A灯黄灯而B灯红灯,黄灯延时后,计时器发出信号使B灯亮红灯而A亮绿灯,这时A车道的车可以通行了;A车道无车后,传感器又发出信号让A亮黄灯,B灯亮红灯,之后重复上述内容。若两车道同时有车时,通过传感器和计时器发出的信号不断切换,以保证车道运行通畅。当只要有一条道没车时,计数器不计数,只亮灯。设计方案方框图根据交通信号灯的工作原理可知,本设计由传感器、译码驱动电路、主控制器、计时器、时钟信号组成,具体的框图如下图2所示。图 21:计时器主要是完成30秒、20秒、5秒的计时任务,向主控制器发出相应的定时信号,来控制A、B干道通车时间以及红黄绿灯的时间转化。2:传感器监测A、B干道是否有车,如果有车就向主控制器发出信号。3:时钟信号发生器产生稳定的秒脉冲信号,即CP信号,确保整个电路装置同步工作并实现定时控制。4:主控制器主要是根据传感器和计时器送来的信号,保持或改变电路的状态,以实现对A、B干道的车辆运行状态的控制。5:译码驱动电路按照主控制器的状态进行译码,在驱动红黄绿灯进行转变,指挥路上的车辆和行人。由上,将图2框图进一步的变化,使之更明确,详细,即下图3图 3二、主控制电路的设计A、B干道都没有红黄绿灯,所以它们在正常情况下工作是发亮的灯只有以下四种可能:( B干道为主干道,A干道为支干道):B干道通行B绿灯A红灯:B干道停车B黄灯A红灯:A干道通行B红灯A绿灯:A干道停车B红灯A黄灯A: 状态转换图根据上面所述四种可能,可画出下图4的状态转 图 4假设:B道有车表示为:A=1,无车:A=0A道有车表示为:B=1,无车:B=0A、 B道有车过30秒为:L=1未过30秒为:L=0A、 B道有车过20秒为:S=1未过20秒为:S=0黄灯亮过5秒表示为:P=1未过5秒:P=0B干道通行状态表示为:S0B干道停车状态表示为:S1A干道通行状态表示为:S2 A干道停车状态表示为:S3由上述可将图4转化为图5:图5 B: 选择触发器的数目并进行状态分配: 由上可得状态数目为四,则N=四,选n个触发器须满足以下关系 :2nN=4 所以:n=2选J、K触发器,两个触发器的状态输出为:Q1Q2可令:S0=00,S1=01,S2=11,S3=10C: 状态转换表; A B L S PQ2n Q1n Q2n+1 Q1n+1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0表(二)注:表中为任意状态D: 求状态方程根据表(二)可以写出状态方程Q1n+1、Q2n+1并化简如下:Q2n+1=PQ2nQ1n+ABQ2nQ1n+ABSQ2nQ1n+BQ2nQ1n+ABSQ2nQ1n+PQ2nQ1n=PQ2nQ1n+ABQ2nQ1n+ABQ2nQ1n+BQ2nQ1n+PQ2nQ1n=PQ2nQ1n+BQ2nQ1n+BQ2nQ1n+PQ2nQ1n=PQ2nQ1n+Q2nQ1n+PQ2nQ1n=PQ2nQ1n+Q1n+PQ1nQ2n=PQ1n*Q2n+Q1nP*Q2nQ1n+1=ABQ2nQ1n+ABLQ2nQ1n+PQ2nQ1n+PQ2nQ1n+ABQ2nQ1n+ABSQ2nQ1n=ABQ2nQ1n+ABLQ2nQ1n+Q2nQ1n+ABQ2nQ1n+ABSQ2nQ1n=A+ALBQ2nQ1n+Q2nQ1n+A+ASBQ2nQ1n=A+LBQ2nQ1n+Q2nQ1n+A+SBQ2nQ1nE:求驱动方程JK触发器的特性方程为: Qn+1 =JQn+KQn=ALBQ2nQ1n+Q2nQ1n+ASBQ2nQ1n=ALBQ2nQ1n+Q2n+ASBQ2nQ1n 根据D中两式触发器的驱动方程为:=ALBQ2nQ1n+Q2n+ASBQ1n=ALBQ2n*Q1n+ASBQ2n*Q1nJ2=PQ1n J1ALBQ2n K1=ASBQ2nF:逻辑电路图根据E的驱动方程,可将控电路的逻辑电路图画出,如下图6所示。元件选择:两块JK触发器、与非门、与门、非门、或门。图6主控制电路逻辑电路图图 6图中右上方输出端为,右下方输出端为。三、计时电路的设计 根据A、B干道的通车情况、通车时间以及黄灯切换时间的要求,需要30秒,20秒,5秒的计时器。30秒计时器是在A、B车道都有车的时候,处于B干道通行的状态是开始计时,30秒后会发出信号给主控秒计时器一样制器,并产生一个复位脉冲使计时器复位。20秒计时与30,也是在亮干道都有车时,并且主控制电路处于A干道通行状态时开始计时。5秒计时器主要用于延时,使已经出线的车辆通行,所以是在A干道通行或者B干道通行时开始计时的,待到规定时间分别输出S=1,P=1的信号,使计时器恢复。元件选择:74160TTL可预置四位二进制异步清除计数器,采用置数法实现各进制的计数1674160(十进制)引脚说明:1、 CLR,低电平清零,同不清零2、 CLK,时钟信号,上升沿有效3-6A-D,置数输入端7、10-EPET=1时,应许计数8、16-地、电源9-LD,低电平置数,异步清零11-14,计数器输出端15-C,进位输出端1:30秒计时器电路如图7所示:有两个74160计时器,高、低位片接十进制,高位片接2,低位片接9,正好组成三十进制的计数器,CP脉冲是频率为1Hz的秒信号。开始计时条件:A、B车道都有车,主控制器处于 状态即 =00,译成逻辑函数式为AB =1是开始计算。用路灯情况反馈来控制计时开始,当AB =1是主干绿,支干红为1,CP信号进入计时器,开始计时:图 7由上图可见两片的进输入CP端接1Hz的脉冲,低电平的输出端RCO输出C接高电位的一个置数端,当第九个CP脉冲到来时,低位片的Q4Q3Q2Q1=1001,此时C=Q4Q1=1,当第十个CP脉冲到来时,低位片的Q4Q3Q2Q1=0000,此时C=Q4Q1=0,进位输出C从1变0成了一个下降沿,正好提供给高位片,使高位片触发成Q4Q3Q2Q1=001,这样高位片和低位片合起来就是数字10,同理也可以产生20及30。结束计时条件: =1,此信号经与非门变成“0”从而使门9接上低电位,使两计数器异步清零。2: 20秒计时的电路如图8所示 开始计时条件是:与30秒计时电路相似,即用路灯情况反馈来控制计时开始。 结束计时条件是:=1,此信号经与非门变成“0”从而使门9接上低电位,使两计数器异步清零。图83: 5秒计时电路如图 9所示(只需一个计数器) 开始条件是:与30秒计时电路相似,即用路灯情况反馈来控制计时开始。 结束条件是:=1,此信号经与非门变成“0”从而使门9接上低电位,使计数器异步清零。图 9元件选择:74160TTL可预置四位二进制异步清除计数器 五块 与非门T065 三块 四、控制信号灯译码电路的设计主控制电路主要是控制两干道的红、黄、绿灯的亮与灭,才能形成四种状态。即:令灯亮为“1”,灯灭为“0”,真值表如下表(三)所示:控制器状态B干道A干道Q2 Q1R灯 Y灯 G灯r灯 y灯 g灯 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1表(三)由上可以得出各个灯的逻辑表达式:R=Q2Q1+Q2Q1=Q2Y=Q2Q1G=Q2Q1r=Q2Q1+Q2Q1y=Q2Q1g=Q2Q1译码电路逻图如图10: 下图中左上角输入端为,左中角输入端 图 10元件选择:非门、或非门。交通信号灯电路总图如下图11由开关A、B分别表示AB干道有没有车的情况。有车时为1,没车时为0只有当A、B都为1时,计数器才开始计数,与路灯的变化有规律的进行变化。否则在其他情况下只有灯在亮。L、S、P分别是从30、20、5计数器的置数端输出。由A、B、L、S、P作为主控制器的输入端,而输入端为、。由、作为译码器电路的输入端,控制电路的路灯情况即R、Y、G、r、y、g的高低电位。在把路灯的高低电位情况反馈给计数器,来控制计数器的计数情况。在A、B输入端接出一个电路来控制计数器,接到清零端,当只要有一端没车时就停止计数器的工作即都为零。综上所述,在A、B不同输入的情况下,路灯有规律又合理的变化,计数器也有规律又合理的计数。图11实验总结:通过这次实验,我把已学的一大堆理论知识跟实际有机结合起来,对电工技术这门课程有更深的掌握,更加了解本课程在现实社会中的应用,更加深了我对本课程学习的兴趣。但在实验中,我学到了很多,也发现了自己许多方面有待很大的提高,归结如下:一、 课本知识学得不牢靠,当遇到百思不得其解的难处时,回过头来仔细地看看自己以前不大在意的课本,突然豁然开朗,茅塞顿开。通过本次试验,我对平时在课堂上的满不在乎深感惭愧,间接提高我的学习态度。二、 在本次试验,在遇到问题时我应该怎样想办法给予解决,比如在图书馆查资料,在网上搜索信息等,我现在已有了一定经验,对在海量的信息中快速学习的能力得到了极大地提高。三、 在本次试验中,我自学能力到了提高,并且提高了战胜看似很难的问题,只要静下心来认真研究就一定把它完成。
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