2022年赵静交通信号灯制器 .pdf
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1、赵静交通信号灯制器 (B) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页2 作者:日期:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页- 1 - 目 录1. 选题背景 . . 1 1. 1 已知技术参数和条件. 1 1.2 工作流程 . 2 1.3 工作时序 . 2 2. 方案论证 . 2 2.1 设计思路 . 2 2.2 总体设计方案和原理框图. 2 2.3 工作状态 . 5 3. 方案选择 .6 3.1 方案构思 . 6 3.2 方案比较 . 8 3.3
2、 方案选择 . 8 4. 过程论述 . 8 4.1 秒脉冲电路 . 8 4.2 主控电路 . 10 4.3 定时电路 . 12 4.4 译码显示电路 . 13 4.5 计数译码显示部分 . 14 4.5.1 减计数部分 . 14 4.5.2 显示电路 . 14 5. 调试及测量结果分析 . 166. 设计总结 . 16 附录 1:元器件清单 . 17 参考文献 18精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 20 页- 1 - 交通信号灯控制器设计摘要 :红绿交通灯自动控制系统在城市十字(或丁字)路口有着广泛的应用。随着社会的进步,
3、人们生活水平的提高,私家车数量会不断增加,对城市交通带来前所为有的压力。道路建设也将随之发展,错综复杂的道路将不断增多。为维持稳定的交通秩序,红绿灯自动控制系统将得到更为广泛的应用。现在实际应用的红绿灯系统中一般没有倒计时功能,使司机和行人不知道指示灯还有多久将会改变现有状态。 本设计应用基本数字电路知识, 采用 LED灯作红、绿、黄三交通灯,用七段数码管作同步倒计时显示。实现两方向通行时间不相等的控制并配有计时器。通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计, 提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法, 指挥各种车辆和行人安全通行 , 实现十字路口交通管理
4、的自动化。因此,在本次课程设计里,将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。设计所需要的元件有: 555 定时器、74LS10、 74LS139、 74LS160、 7448、74LS161、七段数码显示管、发光二极管、各种门电路1. 选题背景1.1 已知技术参数和条件:由一条主道和一条支道的汇合点形成的十字路口,两道上的车辆交替通过,为确保车辆的安全 , 迅速通行 , 在交叉路口要求主车道和支车道两条交叉道的每个入口设置了红 , 绿, 黄三色信号灯。 红灯亮禁止通行; 绿灯亮允许通行; 黄灯给行驶的车辆有时间停靠到禁行线外; 用红,绿,黄三色发光二极管作信号灯, 主道红,绿,黄三个信
5、号灯 , 支道红 ,绿,黄三个信号灯。 主干道和支道交替允许通行,主干道每次放行45 秒,支道每次放行25 秒。设计 45 秒和 25 秒计时显示器电路。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页- 2 - 在每次由绿灯或绿(左)灯转换为红灯的过程中间,要亮5 秒黄灯作为过渡时间,以使得行驶中的车俩有时间停到禁行线外,计时显示电路。 在十字路口,每条道路各有一组红、黄、绿灯;用来指挥车辆和行人有序通行。其中红灯( R)亮,表示该条道路禁止通行;黄灯(Y)亮表示停车;绿灯(G )亮表示允许通行。1.2 工作流程:主道方向绿灯
6、亮,支道方向红灯亮;主道方向黄灯亮,支道方向红灯亮;主道方向红灯亮,支道方向绿灯亮;主道方向红灯亮,支道方向黄灯亮。1.3 工作时序 :主干道绿灯 45 秒、支干道绿灯 25 秒的交通灯控制系统,每次由绿灯变为红灯时应有 5 秒黄灯亮作为过渡,分别用红、黄、绿三色发光二极管表示信号灯,并用数码管显示倒计时。2. 方案论证2.1 设计思路:系统中要求有 45 秒,25 秒和 5 秒的三种定时信号,设计三种相应的计时显示器电路。计时顺序用顺计时。 定时的起始信号由主控电路给出,定时时间结束的信号也输入主控电路, 并通过主控电路去开启和关闭种交通灯或启动另一种计时电路。系统要求定时显示电路的输入信号
7、为秒脉冲信号,设计一个可以实现秒脉冲输出的时基电路。主控电路是整个电路的核心,它的输入信号来自45 秒,25 秒,5 秒三个定时信号。主控电路可以控制各种交通灯的开启和关闭,并反馈信号给计时电路,触发与亮着的信号灯相应的定时电路,使其顺时显示相应时间。2.2 总体设计方案和原理框图:本设计要求设计一个主干道绿灯45 秒、支干道绿灯 25 秒的交通灯控制系统,每次由绿灯变为红灯时应有5 秒黄灯亮作为过渡,分别用红、黄、绿三色发光二极管表示信号灯, 并用数码管显示计时。 因此,本设计需要一个脉冲产生模块、信号灯模块、倒计时模块、数码显示模块和主控模块。脉冲产生电路用以驱动倒计时电路, 置数电路将交
8、通灯亮时间预置到计数电路和寄存器中,信号灯模块对信号灯的各种状态进行循环控制,倒计时模块以基准时间秒为单位做倒计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 20 页- 3 - 时,数码显示模块显示倒计时的时间,主控模块对电路种的各个模块进行级联控制。交通信号灯控制电路, 交通灯采用发光二极管, 显示时间则采用自带译码器的数码管显示。 采用 555 定时器产生秒脉冲, 经由一个脉冲驱动电路后产生信号灯需要的三种脉冲,即45s,25s,5s ,传递给控制器,由控制器发出状态。译码器接受状态后译码,输出控制信号灯和数码管显示的状态。由于系
9、统状态只有四种,译码器选择74LS139 即可, 2 线-4 线译码器,输出四种状态。设计方案概述:如图1,系统主要由控制器,定时器,显示器,译码器,信号灯和秒脉冲号发生器组成。 其中控制器是核心部分, 由它来控制定时器和译码器的工作;秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号;译码器输出两路灯的控制信号; 定时器是这个设计方案中的难点,要找到合适的元器件来分别实现三种不同时间的定时功能,并且尽可能的使其电路不过于复杂。主道支道图 2-1 交通信号灯控制器的总原理框图红黄红译 码 驱主控45 秒定25 秒 定5 秒定时基精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结
10、- - - - - - -第 6 页,共 20 页- 4 - U174160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U274160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U3LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2VCC6VVCC6VR147kR247kC110nFC210nFU4A7412NU5A7412NU6A7412NU77448NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RB
11、O4U87448NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4VCC6VVCC6VU974153N2Y92C0102C1112C2122C313A14B21G11Y71C061C151C241C332G15U1074LS161NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2VCC6VU11A74LS04N主 绿 A74LS04N主 黄 A74LS04N支 绿 A74LS04N支 黄 A74LS04N支 红 A74LS00D主 红 A74LS00DU20A74LS139N1Y041Y15
12、1Y261Y371A21B31G1R3200R4200R5200R6200R7200R8200U13ABCDEFGCKU14ABCDEFGCKR9200R10200R11200R12200R13200R14200R15200R16200R17200R18200R19200R20200R21200R22200J1Key = Space主 绿 1支 绿 1主 红 1支 红 1主 黄 1支 黄 1图 2-2 电路仿真原理图23 工作状态1.实现红绿灯的交通管制功能;2.在红绿灯交换的前五秒,有常亮的黄灯提示司机注意,此时绿灯已灭;3.可适应主支干道不同的车流量的需要,拟设计主干道的车量通行时间为45
13、 秒,支干道的车量通行时间为25 秒;4.另有数字计时装置,提示司机时间。45 秒、25 秒、5 秒定时信号用计时,计时起始信号由主控电路给出,定时结束信号也输入到主控电路,由主控电路启、闭三色信号灯或启动另一计时电路。主控电路是核心。2-1 状态表状态主干道支干道时间s0 绿灯亮,允许通行红灯亮,禁止通行45 秒精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 20 页- 5 - s1 黄灯亮,停车红灯亮,禁止通行5 秒s2 红灯亮,禁止通行绿灯亮,允许通行25 秒s3 红灯亮,禁止通行黄灯亮,停车5 秒5 分析:( 1)主干道绿灯亮,
14、支干道红灯亮。表示主干道上的车辆允许通行,支干道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL1时,控制器发出状态信号ST ,转到下一工作状态。(2)主干道黄灯亮,主干道红灯亮。表示主干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,支干道禁止通行。 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)主干道红灯亮,支干道绿灯亮。表示主干道禁止通行,支干道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL2时,控制器发出状态转换信号ST ,转到下一工作状态。(4)主干道红灯亮,支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行,支干道上未过停车线的车辆停止通行, 已过停车线的车辆继续缓慢通行。黄
15、灯亮足规定的时间间隔 TY时,控制器发出状态转换信号ST ,系统又转换到第( 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,并作如下规定:控制状态信号灯状态车道运行状态S0(00) 主干道绿,支干道红主干道通行,支干道禁止通行S1(01) 主干道黄,支干道红主干道缓行,支干道禁止通行S3(11) 主干道红,支干道绿主干道禁止通行,支干道通行S2(10) 主干
16、道红,支干道黄主干道禁止通行,支干道缓行HG=1 :主干道绿灯亮;FG=1 :支干道绿灯亮;HY=1 :主干道黄灯亮; FY=1 :支干道黄灯亮;HR=1 :主干道红灯亮; FR=1:支干道红灯亮;设:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 20 页- 6 - 状态编码: S0=00 S1=01 S2=10 S3=11 表 2-2 74LS139 功能真值表A B Q0 Q1 Q2 Q3 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 若选 JK 触发器,其输出为Q2 , Q1 表
17、 2-3 A B C Q2n Q1n Q2n+1 Q1n+1 x x x 0 0 0 0 0 x x 0 0 0 0 x x x 0 0 0 1 1 x x 0 0 0 1 x x 0 0 1 0 1 x x 1 0 1 1 1 x 0 x 1 1 1 1 x x x 1 1 1 1 x x x 1 1 1 0 x x 0 1 0 1 0 x x x 1 0 0 0 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 20 页- 7 - 3. 方案选择3.1 方案构思方案一:采用数字电子技术(核心控制部分用触发器来实现)交通灯控制系统的原理
18、框图如下图所示。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: 表示主车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为45 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个工作状态的定时。图 3-1 方案一流程图方案二:用简单的计数译码芯片实现
19、由秒发生器电路部分产生周期为一秒的矩形脉冲信号,用此信号作为计数部分 74ls160 的输入控制脉冲,控制74ls160 计数,我们电路中用两块74ls160级联,并用异步清零的办法将其做成45、25、5 进制计数器。用此计数器的输出作为译码器 7448 的地址输入,显示计数。用74ls153 选择计数器的进制,清零时给另一个 74ls160 信号,输出可给 74ls153 作为地址输入用来选择计数器的进制, 这样就可以使得显示与灯的控制在时间上达到同步。计数后用 74ls139 译码,精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共
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