十字路口自動(dòng)紅綠燈指揮系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)：十字路口自動(dòng)紅綠燈指揮系統(tǒng) </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)： </p><p>　　組 長(zhǎng)： </p><p>　　組 員：

2、 </p><p>　　成 績(jī)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　開(kāi)課時(shí)間： 2011~2012 學(xué)年 一 學(xué)期</p>

3、;<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)題目··························

4、················· 1</p><p>　　二、主要指標(biāo)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(shè)計(jì)及分析·························

9、········ 2</p><p>　　5.1控制器設(shè)計(jì)·······················&

10、#183;··············2</p><p>　　5.2定時(shí)器設(shè)計(jì)················

11、83;·····················6</p><p>　　5.3 時(shí)鐘信號(hào)脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)········

12、3;·················7</p><p>　　5.4譯碼器設(shè)計(jì)··············

13、························ 8</p><p>　　5.5延時(shí)電路設(shè)計(jì)·······

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

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

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

17、·········· 11</p><p>　　八、設(shè)計(jì)心得·····················&#

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

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

20、><b>　　一．設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　十字路口自動(dòng)紅綠燈指揮系統(tǒng) </p><p>　　二．主要指標(biāo)及要求</p><p>　　1.自動(dòng)完成綠－黃－紅－綠－……工作循環(huán)；</p><p>　　2.每種信號(hào)燈亮的時(shí)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(jì)時(shí)的方法，數(shù)字顯示當(dāng)前信號(hào)的剩余時(shí)間，提醒行人和司機(jī)；</p><p>　　4．(*) 信號(hào)燈的時(shí)間分別可調(diào)，以適應(yīng)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(hào)燈是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的，也是交通系統(tǒng)只不可或缺的一部分，選擇這個(gè)課題有助于我們對(duì)交通指揮系統(tǒng)的了解，更有助于我們將理論運(yùn)用于實(shí)際中，對(duì)于我們以后進(jìn)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(gè)階段，即控制器有三個(gè)狀態(tài)T0、T1、T2。在狀態(tài)T0停留20秒，此間綠燈亮，然后轉(zhuǎn)至狀態(tài)T1。在狀態(tài)T1停留5秒，此間黃燈亮。5秒后轉(zhuǎn)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(shí)器、時(shí)鐘信號(hào)脈沖發(fā)生器、譯碼器以及延時(shí)電路組成?？刂破饔?個(gè)輸入信號(hào)：TS=19，TM=4，TL=14；3個(gè)狀態(tài)信號(hào)：T0、T1和T2，編碼分別為00、01、10，由Q1Q0表示。一個(gè)輸出信號(hào)W：表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換。三個(gè)狀態(tài)信號(hào)分別控制綠紅黃三種顏色的燈。W是計(jì)數(shù)器的回零信號(hào)。</p><p><b>　　單元模塊設(shè)計(jì)及分析</b>&l

24、t;/p><p><b>　　5.1控制器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表1所示，由狀態(tài)轉(zhuǎn)換換表可推出狀態(tài)方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)如下： </p><p><b>　　表5.1.1</b></p><p>　　利用中規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)控制器。控制器有三個(gè)狀態(tài)，選擇兩個(gè)D觸發(fā)器F1和F0組成控

25、制時(shí)序電路的時(shí)序邏輯部分，其驅(qū)動(dòng)方程就是控制器的狀態(tài)方程，選擇2個(gè)四選一數(shù)據(jù)選擇器(74LS153)M2、M1組成控制器時(shí)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(zhuǎn)換信號(hào)TS、TM、和TL作為數(shù)據(jù)選擇器的輸入信號(hào)，綠紅黃燈控制器的邏輯圖如圖2所示,圖中C0對(duì)應(yīng)TS，C1對(duì)應(yīng)TM，C2對(duì)應(yīng)TL。對(duì)于數(shù)據(jù)選擇器M1和M2，設(shè)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(zhuǎn)換方程可知，正是00的次態(tài)，若TS=0，Y2Y1=00，若TS=1，Y2Y1=01；當(dāng)現(xiàn)態(tài)Q1nQ0n=</p><p>　　BA=01，選擇器M1、M2選擇的數(shù)據(jù)Y2Y1為T(mén)M和TM的非，由狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程可知，正是01狀態(tài)的次態(tài)；同理，當(dāng)現(xiàn)態(tài)Q1nQ0n= BA=10，選擇器M1、M2選擇的數(shù)據(jù)Y2Y1為T(mén)L的非和0，是10狀態(tài)的次態(tài)。由此可見(jiàn)，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(guò)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇功能的邏輯電路稱(chēng)為數(shù)據(jù)選擇器。它的作用相當(dāng)于多個(gè)輸入的單刀多擲開(kāi)關(guān)，74153是一個(gè)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(jié)構(gòu)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(shí)器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　定時(shí)器選用可逆計(jì)數(shù)器74192，它提供19、14、4秒的定時(shí)信號(hào)分別控制控制器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，當(dāng)?shù)褂?jì)數(shù)到零時(shí)，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的回零信號(hào)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(zhuǎn)。計(jì)數(shù)器由兩片74192構(gòu)成，

30、由雙D觸發(fā)器的輸出Q1Q0決定預(yù)置時(shí)間，Q1Q0=00時(shí)，預(yù)置時(shí)間為1</p><p>　　秒，Q1Q0=01時(shí)，預(yù)置時(shí)間為14秒，Q1Q0=10時(shí)，預(yù)置時(shí)間為4秒。當(dāng)?shù)褂?jì)數(shù)到零時(shí)，由兩個(gè)借位輸出端B0產(chǎn)生信號(hào)通過(guò)延時(shí)電路控制LD端置數(shù)。具體見(jiàn)圖3。</p><p><b>　　圖3：</b></p><p>　　表5.2.1 74192集

31、成計(jì)數(shù)器的邏輯功能表：</p><p>　　192 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/ 減計(jì)數(shù)器， 共有54192/74192，54LS192/74LS192 兩種線路結(jié)構(gòu)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(dāng)清除端（LR）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。</p><p>　　192 的預(yù)置是異步

32、的。當(dāng)置入控制端（LD）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（A～D）相一致的狀態(tài)。</p><p>　　192 的計(jì)數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時(shí)加在4 個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0～Q3 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用CPD或CPU，此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。</p><p&

33、gt;　　5.3 時(shí)鐘信號(hào)脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)</p><p>　　主要用來(lái)產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)的頻率可調(diào)，所以可以采用555組成多諧振蕩器，其輸出脈沖作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱(chēng)為555，用CMOS工藝制作的稱(chēng)為 7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在5~16V工作，最大負(fù)載電流可達(dá)2

34、00mA，7555可在3~18V工作，最大負(fù)載電流可達(dá)4mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)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(chǎn)生與變換電路。</p><p>　　555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號(hào)產(chǎn)生電路 接通電源后，VCC通過(guò)電阻R1、R2給電容C充電，充電時(shí)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(dāng)上升到VREF1=2VCC/3時(shí)，比較器C1輸出高電平，C2輸出低電平，RS=10，觸發(fā)器被復(fù)位，放電管T28導(dǎo)通，此時(shí)v0輸出低電平，電容C開(kāi)始通過(guò)R2放電，放電時(shí)間常數(shù)約為R2C，vC下降，當(dāng)下降到VREF2=VCC/3時(shí)，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(kāi)始充電，當(dāng)vC上升到時(shí)VREF1=2VCC/3，觸發(fā)器又開(kāi)始翻轉(zhuǎn)。如此周而復(fù)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(shí)器構(gòu)成的時(shí)鐘信號(hào)脈沖發(fā)生器</p><p><b>　　5.4譯碼器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　控制器狀態(tài)與信號(hào)燈的關(guān)系如下表所示。選用74LS138譯碼器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行譯碼，再經(jīng)過(guò)非門(mén)產(chǎn)生高電平有效的三色燈控制信號(hào)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(hào)燈的關(guān)系 </p><p><b>　　圖5：譯碼器邏輯圖</b></p><p><b>　　5.5延時(shí)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　倒計(jì)數(shù)到零時(shí)，由計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的回零信號(hào)促使控制器狀態(tài)跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)后的Q1Q0給計(jì)數(shù)器重新置數(shù)，同時(shí)回零

38、信號(hào)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(zhuǎn)并給計(jì)數(shù)器置數(shù)端置數(shù)好，所以必須讓回零信號(hào)通過(guò)一個(gè)延時(shí)電路輸出給LD，用可調(diào)的RC延時(shí)電路，既方便又簡(jiǎn)單。具體電路如圖6所示。</p><p><b>　　圖6：RC延時(shí)電路</b></p><p><b>　　總電路圖：</b></p><p><

39、;b>　　七、分析仿真結(jié)果及</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們進(jìn)行了多次仿真，不斷對(duì)電路進(jìn)行修改，最后得到了以上總電路圖。</p><p>　　在第一次仿真時(shí)，結(jié)果是電路無(wú)法翻轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)谝粻顟B(tài)結(jié)束，即綠燈狀態(tài)19秒計(jì)時(shí)完后，它又直接計(jì)數(shù)19并不再計(jì)數(shù)；于是我們又對(duì)電路各個(gè)模塊進(jìn)行排查，最后確定電路正確，且與方案沒(méi)什么沖突，這是我們猜想是192芯片的BO溢出

40、信號(hào)出少了一個(gè)延時(shí)電路，是的溢出信號(hào)還來(lái)不及讓D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，就直接輸給192的LOAD端使其直接計(jì)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(shí)電路，再次進(jìn)行仿真。</p><p>　　再次仿真發(fā)現(xiàn)第一個(gè)狀態(tài)結(jié)束后，電路翻轉(zhuǎn)，但從99開(kāi)始計(jì)時(shí)，以后都是如此反復(fù)，這是我們意識(shí)到是延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)了，于是經(jīng)過(guò)多次修改，最終將參數(shù)配置成功，完成了仿真。</p><p><b>　　

41、設(shè)計(jì)心得體會(huì)</b></p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)以三人為一組，倒是帶有點(diǎn)三個(gè)臭皮匠賽過(guò)一個(gè)諸葛亮的意味。設(shè)計(jì)的前期，小組三人各干各的，都想靠自己先整出一個(gè)方案來(lái)，結(jié)果一周過(guò)去了，大家都沒(méi)結(jié)果，而且把大家自己的半成品拿出來(lái)一對(duì)照，發(fā)現(xiàn)思路都差不多，于是我們就開(kāi)始整合三個(gè)人的方案，這次大家就很快發(fā)現(xiàn)了各自的問(wèn)題，這樣進(jìn)度就快多了，很快的我們就將電路仿真出來(lái)了。這是一個(gè)靠團(tuán)隊(duì)才能更好的完成的任務(wù)，真的

42、是一個(gè)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(lái)后，就是搭電路實(shí)際制作了，我們應(yīng)該是為數(shù)不多的幾組實(shí)體制作不成功的吧。并不是我們偷懶了，我們花的時(shí)間絕對(duì)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(méi)出來(lái)；無(wú)奈的我們只好求助老師。經(jīng)過(guò)老師的分析，得到的結(jié)果很是打擊我們——理論有問(wèn)題！當(dāng)時(shí)我還是不死心，說(shuō)可是仿真出來(lái)了啊，但老師告訴我們的是，仿真是

43、絕對(duì)理想的東西。這時(shí)我們都不得不承認(rèn)我們的理論出問(wèn)題了，但這都不重要了，重要的是經(jīng)過(guò)老師的分析，讓我們對(duì)這個(gè)課題的分析有了更清晰的認(rèn)識(shí)，使我們的邏輯性更好了，聽(tīng)完老師的分析我們都有一種茅塞頓開(kāi)的感覺(jué)。</p><p>　　經(jīng)過(guò)此次的課程設(shè)計(jì)，讓我明白了，理論與實(shí)際總是有差距的，在實(shí)際沒(méi)有證實(shí)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(shí)踐證明前都不被真正承認(rèn)的原因吧。還有一點(diǎn)感悟是就是

44、自信是必須的但也不能夠太過(guò)樂(lè)觀，因?yàn)榧词箿?zhǔn)備的在充分，總是還有突發(fā)情況需要我們面對(duì)。同時(shí)，課程設(shè)計(jì)也是個(gè)需要耐心的事，心急吃不了熱豆腐，只有一步一個(gè)腳印，才能將它做好！</p><p>　　最后，要感謝老師給我們的指導(dǎo)和幫助，謝謝您！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　林 紅、周鑫霞編著· 數(shù)字電路與邏