交通灯设计实验报告

1 电子技术综合设计报告 ——交通灯设计 2 目 录 一、设计背景· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3 二、设计任务及要求· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3 三、设计原理· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3 四、实物图· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 9 五、主要仪器和调试方法· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·9 六、实验过程中的问题以及心得· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·10 七、附录· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·11 3 交通灯定时控制系统的设计、制作报告 一、设计背景 在城镇街道的十字交叉路口， 为了保证交通秩序和行人安全， 一般在每条道 路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄 灯亮表示该条道路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； 绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、 绿交通灯的状态转换， 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。 二、设计任务及要求 设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下： （1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设 为 25 秒。 （2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮 5 秒钟，才能变换运行车道。 （3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。 选做扩展功能： （4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数； （5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在 0~99s 内任意设定。 三、设计原理 （一）分析系统的逻辑功能，画出其框图 交通灯定时控制系统的原理框图如图 1 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： T L ：表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为 25 秒，即车辆正常通行的时 间间隔。定时时间到，T L=1，否则 TL=0。 T Y ：表示黄灯亮的时间间隔为 5 秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。 S T ：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 定时器开始下一个工作状态的定时。 T L TY ST 图 1 交通灯控制系统原理框图 （二）画出交通灯控制系统的 ASM（算法状态机）图 秒脉冲 发生器 控制器 译码器 定时器 甲车道信号灯 乙车道信号灯 4 0 1 0 1 0 1 0 1 一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1： 表 1 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： AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮； AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮； AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。 由此得到交通灯的 ASM 图，如图 2 所示： 图 2 交通灯控制系统的 ASM 图 （三）单元电路的设计 1、脉冲发生器的设计 根据已学的知识可以知， 脉冲发生器可以用 555 定时器接成多谢振荡器来设 计。 555 定时器引脚图如图 3。 控制器 状态 信号灯 状态 车道运行状态 S 0(00) S 1(01) S 3(11) S 2(10) 甲绿， 乙 红 甲黄， 乙 红 甲红， 乙 绿 甲红， 乙 黄 甲车道通行， 乙车道禁 止通行 甲车道缓行， 乙车道禁 止通行 甲车道禁止通行， 乙车 道通行 甲车道禁止通行， 乙车 道缓行 AG BR ST TL AR BY AR BG AY BR TY TL TY ST ST ST 5 图 3 555 定时器引脚以及内部结构图 图 4 555 定时器构成的多谐振荡器 由设计要求知脉冲发生的频率为 f=1Hz，依据公式周期 T=（R1+2R2）Cln2， 由于实验室只有 56kΩ和 47kΩ的大电阻，所以取 R1=47kΩ，R2=47kΩ，由计算 得 C1=10μF，C2=10μF 满足条件。所连接成的电路图 4 所示。 2、定时器设计 定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号 S T 作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增 1 计数，用 两片 74LS163 芯片做为计数器，芯片引脚如图 5，一片接成 10 进制做为各位， 另一片接成 3 进制做为十位， 连接方式如图 6， 在 30 状态时即第一片状态为 0000 第二片状态为 0011 时通过与门和非门向计数器提供清零信号。由于本实验是用 的加法计数器，则向控制器提供模 25 的定时信号 T Y 和模 30 的定时信号 T L。 图 5 74LS163 引脚图 图 6 计数器连接方式（图中引脚 2 和 9 需要对调位置） 3、控制器设计 6 控制器是交通管理的核心， 它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状 态的转换。从 ASM 图可以列出控制器的状态转换表，如表2 所示： 表 2 输 入 输 出 现 态 状态转换条件 次 态 状态转换 信号 n Q 1 n Q 0 T L TY 1 1 n Q 1 0 n Q S T 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 X 1 X X 0 X 1 0 X 1 X X 0 X 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 根据转换表可得： Q1*=Q1’Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0’Ty’ Q0*=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0+Q1Q0Tl’ ST=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0’Ty 控制器需要用到触发器，可以用 74LS74 双上升沿 D 触发器实现，其引脚图 如图 7 图 7 74LS74 引脚图 将两个 D 触发器的 Q’输出连接各自的输入 D。使得每增加一个时钟信号， 输出翻转。将第一个 D 触发器的 CLK 端接