用数字电路对交通灯控制电路的设计(2)

这篇论文主要由电路的基本原理与设计方法，单元电路的设计与分析，电路的仿真以及电路当中所涉及到的各个芯片的原理所构成的。

本设计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的自动化。主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路及夜间黄灯闪烁模式组成。

2电路设计

2.1基本原理与设计方法

有一个主干道和支干道的十字路口如图所示，每边都设置了信号灯，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒，以便让停车线以外的车辆停止运行，因为主干道车流量较多，所以主干道放行时间长。如图 2.1

图 2.1 十字路口示意图

在实际情况下，一个十字路有一个甲车道和一个乙车道。甲车道的车流量较大，即要求甲车道绿灯亮的时间长，乙车道正好相反。

设A代表甲车道，B代表乙车道；R代表红灯亮，Y代表黄灯亮，G代表绿灯亮。且设甲、乙干道红、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，甲车道绿灯与乙车道红灯亮，即：AG、BR，时间持续20s； 2.Q1Q0为01时，甲车道黄灯与乙车道红灯亮，即：AY、BR，时间持续5s； 3.Q1Q0为10时，甲车道红灯与乙车道绿灯亮，即：AR、BG，时间持续20s； 4.Q1Q0为11时，甲车道红灯与乙车道黄灯亮，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2.2所示

本设计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的自动化。主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路及夜间黄灯闪烁模式组成。

图2.2工作流程图

述交通信号灯的自动控制，系统主要 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，由它控制计数器和译码器的工作。整个电路的原理框图如图 2.3所示

本设计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的自动化。主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路及夜间黄灯闪烁模式组成。

A车道 信号灯

图2.3设计框图

B车道 信号灯

2.2单元电路设计与分析 2.2.1秒脉冲发生器

秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，其中电阻电容值决定了脉冲宽度。既T=(R1+2R2)C2.当T=1S，即可凑出R1、R2、C2其中C1=0.01uF是为了保持输出的波形的稳定。NE555引脚图如图 2.4所示

图 2.4 NE555引脚图

可以调整多谐振荡器的占空比，从而产生1HZ的矩形脉冲。电路参数如下： 已知C1=0.01uF，C2=10uF ，根据多谐振荡器振荡剧期计算公式 T=tpl+tp2≈0.7(R1+2R2)C2，则R=T/ (2.1C2)=1/(2.1×10×10-6) ≈47Ω 电路如图 2.5所示

本设计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的自动化。主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路及夜间黄灯闪烁模式组成。

R147K

84

U1Q DC 3 7

R

C15 0.01uF 2 CV

VCC

R247K

GND

TR

TH

6

1

NE555

C210uF

图 2.5 秒脉冲发生器

2.2.2 控制器 控制器是交通管理的核心，选用两个 D 触发器 74LS74 做为时序寄存器产生 4 种状 态，控制器状态转换的条件为 TL 和 TY,当控制器处于 Q1n+1Q0n+1= 00 状态时，如果 TL= 0,则控制器保持在 00 状态；如果，则控制器转换到 Q1n+1Q0n+1= 01 状态。这 两种情况与条件 TY 无关，所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推，就可以列出了状 态转换信号 ST。如表 2.1 所示表 2.1 控制器状态转换表

本设计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的自动化。主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路及夜间黄灯闪烁模式组成。

根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：

Q1n+1 =1Q0nTY + Q1nQ0n + Q1n0Y

Q0n+1 = Q1 Q0TL + Q1Q0n + Q1nQ0TS

ST= Q1Q0TL + Q1Q0nTY + Q1nQ0TY + Q1nQ0nTS

用四选一数据选择器和D触发器实现，设A1A0 = Q1nQ0n ，其他变量通过数据输入端输入。数据选择器用74LS153，触发器用74LS74。设计中将触发器的输出看作逻辑变量，将TL、 TS、TY看作输入信号，按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现以上三个逻辑函数，并将触发器的现态值加到数据选择器的选择变量端，数据选择器的输入端信号可以根据状态方程和转换信号方程得出。就可得到控制器的原理图，触发器的时钟输入端输入秒脉冲。

系统的输出是在Q1Q0驱动下的六个发光二极管，触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换。电路图如图 2.6所示

本设计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的自动化。主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路及夜间黄灯闪烁模式组成。

2.2.3计数器

计数器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。

计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。74LS160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74LS160功能表如表4-1所示。其真值表如表 2.2所示

表 2.2 74LS160真值表

本设计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的自动化。主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路及夜间黄灯闪烁模式组成。

端口：

TC 进位输出端 CEP 计数控制端 Q0～Q3 输出端

图 2.7计数器图

2.2.4控制信号灯的译码电路

主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯 …… 此处隐藏：2883字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……