电子技术课程设计通信号灯控制电路的设计

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。