十字路口自動紅綠燈指揮系統(tǒng)課程設計報告

1、<p>　　課 程 設 計 報 告</p><p>　　課程設計名稱：十字路口自動紅綠燈指揮系統(tǒng) </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　組 長： </p><p>　　組 員：

2、 </p><p>　　成 績： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　開課時間： 2011~2012 學年 一 學期</p>

3、;<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、設計題目··························

4、················· 1</p><p>　　二、主要指標及要求··············

5、······················· 1</p><p>　　三、方案選擇········

6、83;·································· 1</p>

7、<p>　　四、工作原理分析·································&#

8、183;····· 2</p><p>　　五、單元模塊設計及分析·························

9、········ 2</p><p>　　5.1控制器設計·······················&

10、#183;··············2</p><p>　　5.2定時器設計················

11、83;·····················6</p><p>　　5.3 時鐘信號脈沖發(fā)生器設計········

12、3;·················7</p><p>　　5.4譯碼器設計··············

13、························ 8</p><p>　　5.5延時電路設計·······

14、····························· 9</p><p>　　六、總電路圖··

15、83;····································&

16、#183;··· 10</p><p>　　七、仿真及結果分析···························

17、·········· 11</p><p>　　八、設計心得·····················&#

18、183;····················· 11</p><p>　　九、參考文獻·········

19、3;································· 13</p><p

20、><b>　　一．設計題目</b></p><p>　　十字路口自動紅綠燈指揮系統(tǒng) </p><p>　　二．主要指標及要求</p><p>　　1.自動完成綠－黃－紅－綠－……工作循環(huán)；</p><p>　　2.每種信號燈亮的時間不等，如：綠燈亮20秒－黃燈亮5秒－紅燈亮15秒，如此循環(huán)；</p>

21、<p>　　3.用倒計時的方法，數(shù)字顯示當前信號的剩余時間，提醒行人和司機；</p><p>　　4．(*) 信號燈的時間分別可調，以適應不同路口，不同路段交通流量的需求。 </p><p>　　選題的意義：交通信號燈是我們日常生活中常見的，也是交通系統(tǒng)只不可或缺的一部分，選擇這個課題有助于我們對交通指揮系統(tǒng)的了解，更有助于我們將理論運用于實際中，對于我們以后進行其余的課題

22、研究有很好的積極作用。</p><p><b>　　三、方案選擇</b></p><p><b>　　四、工作原理分析</b></p><p>　　綠紅黃燈工作分三個階段，即控制器有三個狀態(tài)T0、T1、T2。在狀態(tài)T0停留20秒，此間綠燈亮，然后轉至狀態(tài)T1。在狀態(tài)T1停留5秒，此間黃燈亮。5秒后轉至T2，在狀態(tài)T2下，紅

23、燈亮15秒，15秒后返回狀態(tài)T0。紅綠燈控制系統(tǒng)由控制器、定時器、時鐘信號脈沖發(fā)生器、譯碼器以及延時電路組成。控制器有3個輸入信號：TS=19，TM=4，TL=14；3個狀態(tài)信號：T0、T1和T2，編碼分別為00、01、10，由Q1Q0表示。一個輸出信號W：表示狀態(tài)轉換。三個狀態(tài)信號分別控制綠紅黃三種顏色的燈。W是計數(shù)器的回零信號。</p><p><b>　　單元模塊設計及分析</b>&l

24、t;/p><p><b>　　5.1控制器設計</b></p><p>　　列出狀態(tài)轉換表如表1所示，由狀態(tài)轉換換表可推出狀態(tài)方程和狀態(tài)轉換信號如下： </p><p><b>　　表5.1.1</b></p><p>　　利用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)控制器?？刂破饔腥齻€狀態(tài)，選擇兩個D觸發(fā)器F1和F0組成控

25、制時序電路的時序邏輯部分，其驅動方程就是控制器的狀態(tài)方程，選擇2個四選一數(shù)據(jù)選擇器(74LS153)M2、M1組成控制器時序電路的組合邏輯部分。將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的選擇變量，即BA=Q1nQ0n,狀態(tài)轉換信號TS、TM、和TL作為數(shù)據(jù)選擇器的輸入信號，綠紅黃燈控制器的邏輯圖如圖2所示,圖中C0對應TS，C1對應TM，C2對應TL。對于數(shù)據(jù)選擇器M1和M2，設控制器現(xiàn)態(tài)Q1nQ0n=BA=00，由選擇器M1和M0選擇的數(shù)據(jù)分別為

26、Y2=0，Y1=TS，即Y2Y1=0TS，由狀態(tài)轉換方程可知，正是00的次態(tài)，若TS=0，Y2Y1=00，若TS=1，Y2Y1=01；當現(xiàn)態(tài)Q1nQ0n=</p><p>　　BA=01，選擇器M1、M2選擇的數(shù)據(jù)Y2Y1為TM和TM的非，由狀態(tài)轉換方程可知，正是01狀態(tài)的次態(tài)；同理，當現(xiàn)態(tài)Q1nQ0n= BA=10，選擇器M1、M2選擇的數(shù)據(jù)Y2Y1為TL的非和0，是10狀態(tài)的次態(tài)。由此可見，數(shù)據(jù)選擇器M1、M

27、2所選擇的數(shù)據(jù)是控制器的次態(tài)數(shù)據(jù)，圖2所示的邏輯電路能夠滿足要求。</p><p>　　74LS153是雙向數(shù)據(jù)選擇器：雙向是指經(jīng)過選擇，把多路數(shù)據(jù)中的一組數(shù)據(jù)傳到公共數(shù)據(jù)線上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇功能的邏輯電路稱為數(shù)據(jù)選擇器。它的作用相當于多個輸入的單刀多擲開關，74153是一個雙四選一的數(shù)據(jù)選擇器，它是由兩組四選一數(shù)據(jù)選擇器，共有54/74152、54/74LS153、54/74S153三種線路結構模式。</p

28、><p>　　74153的管腳功能表：</p><p><b>　　表5.1.2</b></p><p><b>　　表5.1.3 </b></p><p><b>　　真值表：</b></p><p><b>　　74153管腳圖:</b&

29、gt;</p><p>　　7474芯片及其管腳圖：</p><p><b>　　5.2定時器設計</b></p><p>　　定時器選用可逆計數(shù)器74192，它提供19、14、4秒的定時信號分別控制控制器狀態(tài)的轉換，當?shù)褂嫈?shù)到零時，計數(shù)器產生的回零信號W提供給控制器的TS、TM、TL，使不同顏色交通燈狀態(tài)發(fā)生跳轉。計數(shù)器由兩片74192構成，

30、由雙D觸發(fā)器的輸出Q1Q0決定預置時間，Q1Q0=00時，預置時間為1</p><p>　　秒，Q1Q0=01時，預置時間為14秒，Q1Q0=10時，預置時間為4秒。當?shù)褂嫈?shù)到零時，由兩個借位輸出端B0產生信號通過延時電路控制LD端置數(shù)。具體見圖3。</p><p><b>　　圖3：</b></p><p>　　表5.2.1 74192集

31、成計數(shù)器的邏輯功能表：</p><p>　　192 為可預置的十進制同步加/ 減計數(shù)器， 共有54192/74192，54LS192/74LS192 兩種線路結構形式。其主要電特性的典型值如下：</p><p>　　192 的清除端是異步的。當清除端（LR）為高電平時，不管時鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。</p><p>　　192 的預置是異步

32、的。當置入控制端（LD）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端（A～D）相一致的狀態(tài)。</p><p>　　192 的計數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時加在4 個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0～Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPD或CPU，此時另一個時鐘應為高電平。</p><p&

33、gt;　　5.3 時鐘信號脈沖發(fā)生器設計</p><p>　　主要用來產生秒脈沖信號。脈沖信號的頻率可調，所以可以采用555組成多諧振蕩器，其輸出脈沖作為下一級的時鐘信號。555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬，可在5~16V工作，最大負載電流可達2

34、00mA，7555可在3~18V工作，最大負載電流可達4mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。</p><p>　　555定時器構成多諧振蕩器，組成信號產生電路 接通電源后，VCC通過電阻R1、R2給電容C充電，充電時間常數(shù)為（R1+R2），電容上的電壓vC按指數(shù)規(guī)律上

35、升，當上升到VREF1=2VCC/3時，比較器C1輸出高電平，C2輸出低電平，RS=10，觸發(fā)器被復位，放電管T28導通，此時v0輸出低電平，電容C開始通過R2放電，放電時間常數(shù)約為R2C，vC下降，當下降到VREF2=VCC/3時，比較器C1輸出低電平，C2輸出高電平，RS=01，觸發(fā)器被置位，放電管T28截止，v0輸出高電平，電容C又開始充電，當vC上升到時VREF1=2VCC/3，觸發(fā)器又開始翻轉。如此周而復始，輸出矩形脈沖。其電

36、路原理圖如圖4所示。 </p><p>　　圖4：由555定時器構成的時鐘信號脈沖發(fā)生器</p><p><b>　　5.4譯碼器設計</b></p><p>　　控制器狀態(tài)與信號燈的關系如下表所示。選用74LS138譯碼器對系統(tǒng)狀態(tài)變量進行譯碼，再經(jīng)過非門產生高電平有效的三色燈控制信號G、Y、R。譯碼器邏輯圖如圖5所示。</p>

37、<p>　　表5.4.1 控制器狀態(tài)與信號燈的關系 </p><p><b>　　圖5：譯碼器邏輯圖</b></p><p><b>　　5.5延時電路設計</b></p><p>　　倒計數(shù)到零時，由計數(shù)器產生的回零信號促使控制器狀態(tài)跳轉，跳轉后的Q1Q0給計數(shù)器重新置數(shù)，同時回零

38、信號將低電平送入LD置數(shù)有效，Q1Q0必須在LD得到低電平前已發(fā)生跳轉并給計數(shù)器置數(shù)端置數(shù)好，所以必須讓回零信號通過一個延時電路輸出給LD，用可調的RC延時電路，既方便又簡單。具體電路如圖6所示。</p><p><b>　　圖6：RC延時電路</b></p><p><b>　　總電路圖：</b></p><p><

39、;b>　　七、分析仿真結果及</b></p><p>　　在設計過程中，我們進行了多次仿真，不斷對電路進行修改，最后得到了以上總電路圖。</p><p>　　在第一次仿真時，結果是電路無法翻轉計數(shù)，當?shù)谝粻顟B(tài)結束，即綠燈狀態(tài)19秒計時完后，它又直接計數(shù)19并不再計數(shù)；于是我們又對電路各個模塊進行排查，最后確定電路正確，且與方案沒什么沖突，這是我們猜想是192芯片的BO溢出

40、信號出少了一個延時電路，是的溢出信號還來不及讓D觸發(fā)器翻轉，就直接輸給192的LOAD端使其直接計數(shù)，并一直保持低電平；分析出原因后，我們給電路加上了延時電路，再次進行仿真。</p><p>　　再次仿真發(fā)現(xiàn)第一個狀態(tài)結束后，電路翻轉，但從99開始計時，以后都是如此反復，這是我們意識到是延時時間長了，于是經(jīng)過多次修改，最終將參數(shù)配置成功，完成了仿真。</p><p><b>　　

41、設計心得體會</b></p><p>　　此次課程設計以三人為一組，倒是帶有點三個臭皮匠賽過一個諸葛亮的意味。設計的前期，小組三人各干各的，都想靠自己先整出一個方案來，結果一周過去了，大家都沒結果，而且把大家自己的半成品拿出來一對照，發(fā)現(xiàn)思路都差不多，于是我們就開始整合三個人的方案，這次大家就很快發(fā)現(xiàn)了各自的問題，這樣進度就快多了，很快的我們就將電路仿真出來了。這是一個靠團隊才能更好的完成的任務，真的

42、是一個巴掌拍不響啊，只有取大家之精華才能做到又快又好!</p><p>　　仿真出來后，就是搭電路實際制作了，我們應該是為數(shù)不多的幾組實體制作不成功的吧。并不是我們偷懶了，我們花的時間絕對不比別人少，花了那么多心水，我們都不想放棄！電路拆了又搭，搭了又拆，但最后還是沒出來；無奈的我們只好求助老師。經(jīng)過老師的分析，得到的結果很是打擊我們——理論有問題！當時我還是不死心，說可是仿真出來了啊，但老師告訴我們的是，仿真是

43、絕對理想的東西。這時我們都不得不承認我們的理論出問題了，但這都不重要了，重要的是經(jīng)過老師的分析，讓我們對這個課題的分析有了更清晰的認識，使我們的邏輯性更好了，聽完老師的分析我們都有一種茅塞頓開的感覺。</p><p>　　經(jīng)過此次的課程設計，讓我明白了，理論與實際總是有差距的，在實際沒有證實前，再好的理論它終究還是理論嗎，這或許就是為什么歷史上許多偉大理論誕生到實踐證明前都不被真正承認的原因吧。還有一點感悟是就是

44、自信是必須的但也不能夠太過樂觀，因為即使準備的在充分，總是還有突發(fā)情況需要我們面對。同時，課程設計也是個需要耐心的事，心急吃不了熱豆腐，只有一步一個腳印，才能將它做好！</p><p>　　最后，要感謝老師給我們的指導和幫助，謝謝您！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　林 紅、周鑫霞編著· 數(shù)字電路與邏