原創(chuàng)Multisim交通燈控制器設(shè)計(jì)報(bào)告附仿真工程文件

ID:392874 · 發(fā)表于 2018-9-3 11:38

原創(chuàng)交通燈控制器設(shè)計(jì)分享給大家
基本multisim12設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，包含原理圖和設(shè)計(jì)文檔

二、設(shè)計(jì)框圖及電路系統(tǒng)概述

三、各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說(shuō)明、參數(shù)計(jì)算

四、調(diào)試過(guò)程及結(jié)果分析

五、設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會(huì)

參考文獻(xiàn)

附錄（設(shè)計(jì)電路圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等

1.2.10在一個(gè)具有主、支干道的十字路口，設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈自動(dòng)控制裝置。紅燈 (R) 亮表示該條道路禁止通行，黃燈( Y）亮為過(guò)渡，使行駛中的車(chē)輛有時(shí)間停到禁止線以外，綠燈(G)亮表示該條道路允許通行.概念圖如下。

圖1 交通信號(hào)燈的概念圖

在一個(gè)十字路口，設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈自動(dòng)控制裝置存在主、支干道。紅燈(R)亮表示該條道路禁止通行，黃燈(Y)亮作為警示通行，綠燈(G)亮表示該條道路允許通行。具體實(shí)現(xiàn)的要求如下：

1．十字路口兩條公路優(yōu)先級(jí)不同，分主支干道，主干道經(jīng)常通行，支干道有車(chē)才通行。

2．主、支干道均有車(chē)時(shí)，兩者交替通行，并實(shí)現(xiàn)主干道每次至少放行30秒（即綠燈30s），支干道每次最多放行20秒（即綠燈20s）；采用傳感器分別監(jiān)測(cè)主、支干道是否有車(chē)，有車(chē)時(shí)向主控制器發(fā)出信號(hào)，實(shí)驗(yàn)中用邏輯開(kāi)關(guān)代替。

3．每次綠燈變紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5秒，此時(shí)原紅燈不變；

4．設(shè)計(jì)5秒、20秒、30秒計(jì)時(shí)的譯碼顯示電路，每秒改變一次顯示數(shù)字。

5．當(dāng)任意一條路上出現(xiàn)特殊情況，如消防車(chē)、救護(hù)車(chē)或其它需要優(yōu)先放行的車(chē)輛時(shí)，各方向上均為紅燈，計(jì)時(shí)停止。當(dāng)特殊運(yùn)行狀態(tài)結(jié)束后，控制器恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，繼續(xù)正常運(yùn)行。用邏輯開(kāi)關(guān)模擬有無(wú)特殊情況。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述及設(shè)計(jì)框圖

2.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述：該系統(tǒng)由主控電路來(lái)控制計(jì)時(shí)器和驅(qū)動(dòng)電路，而cp脈沖控制主控制器的有效和無(wú)效輸出，并且由開(kāi)關(guān)來(lái)代替?zhèn)鞲衅鲗?shí)現(xiàn)主支干道有無(wú)車(chē)流的模擬。主控制器無(wú)法直接控制信號(hào)燈，而需譯碼電路轉(zhuǎn)化成有效值進(jìn)而控制信號(hào)燈的明滅�？傮w電路設(shè)計(jì)思路和框圖如下所示。

2.1.2 原理框圖如圖所示

圖2.交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)原理框圖

三、各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說(shuō)明、參數(shù)計(jì)算

第一個(gè)設(shè)計(jì)

3.1計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)一共需要五個(gè)計(jì)數(shù)器，選擇較為簡(jiǎn)單的十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192D，用置數(shù)法分別設(shè)計(jì)出五進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、三十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。置數(shù)方法為同步反饋置數(shù)，原理圖如下圖所示。

圖3.30進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理圖

圖4.5進(jìn)制計(jì)數(shù)器

圖5.20進(jìn)制計(jì)數(shù)器

3.2主控器的設(shè)計(jì)

3.2.1信號(hào)燈狀態(tài)與車(chē)道運(yùn)行狀態(tài)如下：

S1：主路的綠燈亮，車(chē)道通行；支路的紅燈亮，車(chē)道禁止通行

S2：主路的黃燈亮，車(chē)道緩行；支路的紅燈亮，車(chē)道禁止通行

S3：主路的紅燈亮，車(chē)道禁止通行；支路的綠燈亮，車(chē)道通行

S4：主路的紅燈亮，車(chē)道禁止通行；支路的黃燈亮，車(chē)道緩行

規(guī)定：

G=1：主路綠燈亮 Y=1：主路黃燈亮 R=1：主路紅燈亮

G支=1：支路綠燈亮 Y支=1：支路黃燈亮 R支=1：支路紅燈亮

TL：30秒計(jì)時(shí)器 TS：20秒計(jì)時(shí)器 TP：5秒計(jì)時(shí)器

傳感器用開(kāi)關(guān)代替：

主干道是否有車(chē):L表示，1表示有車(chē)，0表示無(wú)車(chē)；

支干道是否有車(chē):S表示，1表示有車(chē)，0表示無(wú)車(chē)；

是否有特殊情況:T表示，1表示有，0表示無(wú)。

3.2.2狀態(tài)裝換圖和狀態(tài)裝換圖

圖6.主支干道狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

圖7.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

一共有四個(gè)狀態(tài)用兩個(gè)JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，畫(huà)出卡諾圖化簡(jiǎn)得

圖8.主控制器電路圖

3.2.3譯碼驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

現(xiàn)態(tài)	次態(tài)	計(jì)時(shí)器	信號(hào)燈初態(tài)		觸發(fā)器
Q2n Q1n	Q2n+1Q1n+1	TL TS TP	G Y R	G支Y支R支	J2	K2	J1	K1
0 0	0 1	1 0 0	1 0 0	0 0 1	0	X	1	X
0 1	1 1	0 0 1	0 1 0	0 0 1	1	X	X	0
1 1	1 0	0 1 0	0 0 1	1 0 0	X	0	X	1
1 0	0 0	0 0 1	0 0 1	0 1 0	X	1	0	X
X X	X X	X XX	0 0 1	0 0 1	X	X	X	X

G=

L

+

Y=

LS

R=S(

+

)+T

G支=(

LS+

S)

Y支=

LS

R支=

L-+

+T

圖9.譯碼驅(qū)動(dòng)電路

圖10.交通信號(hào)燈總電路圖

1

設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）文檔

四、調(diào)試過(guò)程及結(jié)果分析

4.1主、支車(chē)道均無(wú)車(chē)：主道綠燈，支道紅燈

圖11.主支車(chē)道均無(wú)車(chē)的開(kāi)關(guān)控制和交通燈情況

4.2主、支干道一方有車(chē)，一方無(wú)車(chē)，有車(chē)的一方通行

4.2.1主干道有車(chē)，支干道無(wú)車(chē)：主道綠燈亮，支道紅燈亮

圖12.主干道有車(chē)，支干道無(wú)車(chē)的開(kāi)關(guān)控制和交通燈情況

4.2.2主干道無(wú)車(chē)，支干道有車(chē)：主道紅燈亮，支道綠燈亮

圖12.主干道無(wú)車(chē)，支干道有車(chē)的開(kāi)關(guān)控制和交通燈情

4.2主、支干道均有車(chē)時(shí)

主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，30s倒計(jì)時(shí)開(kāi)始

主干道黃燈亮，支干紅燈亮，5s倒計(jì)時(shí)開(kāi)始

主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，20s倒計(jì)時(shí)開(kāi)始

主干道紅燈亮，支干道黃燈亮，20s倒計(jì)時(shí)開(kāi)始

1

設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）文檔

1.第二個(gè)設(shè)計(jì)：

1.1控制電路：用兩片74LS192N實(shí)現(xiàn)30s倒計(jì)時(shí)到0s，因?yàn)轫?xiàng)目所需的計(jì)時(shí)為60s計(jì)時(shí)，而可以有規(guī)律的把60s分成兩段相等的30s來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的功能，不妨設(shè)置一個(gè)D觸發(fā)器連接到兩片192計(jì)數(shù)器的置數(shù)端，實(shí)現(xiàn)30s到0s之后，兩片192計(jì)數(shù)器重新置30，而D觸發(fā)器此時(shí)翻轉(zhuǎn)一次，也就是D觸發(fā)器狀態(tài)的改變從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)30s控制的60進(jìn)制循環(huán)。

圖12.兩片192計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)30秒倒計(jì)時(shí) 圖13.D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)30秒周期循環(huán)

1.2輸出電路：其中支路由低電平（ground）和BUS STOP線連接子電路實(shí)現(xiàn)輸出，來(lái)控制顯示數(shù)碼管的示數(shù)和交通信號(hào)燈的開(kāi)和滅；主電路由高電平（VCC）和mode端以及連接禁行端，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制手動(dòng)，兩個(gè)方向全部禁止通行，計(jì)時(shí)器停止。

圖13.輸出連接子電路，實(shí)現(xiàn)控制發(fā)光二極管和交通信號(hào)燈

1.3子電路：分為五個(gè)大板塊，分別為黃燈信號(hào)篩選，綠燈30-5計(jì)時(shí)調(diào)整--十位/個(gè)位，紅黃/綠燈計(jì)時(shí)信號(hào)輸出選擇和紅黃綠信號(hào)組合輸出。

圖14.子電路圖

1.4調(diào)試過(guò)程及結(jié)果分析：

1.4.1當(dāng)禁止開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電路正常運(yùn)行，主路30s紅燈則支路為25s綠燈和5s黃燈，反之，支路30s紅燈則表示主路為25s綠燈和5s黃燈。

圖15.電路正常運(yùn)行時(shí)的四種狀態(tài)

1.4.2當(dāng)禁止開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，交通信號(hào)燈電路不能正常運(yùn)行，而是按照要求實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制手動(dòng)（開(kāi)關(guān)模擬），兩個(gè)方向全部禁止通行，且計(jì)時(shí)器停止計(jì)數(shù)。

圖15.禁行開(kāi)關(guān)閉合后兩端禁止通行且計(jì)時(shí)器停止計(jì)數(shù)

五、設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會(huì)

說(shuō)到心得體會(huì)，那可真是太多了，剛開(kāi)始拿到直接就是一籌莫展，不知道從何下手，周二考完試周三才開(kāi)始著手做自己的設(shè)計(jì)，時(shí)間緊任務(wù)重。剛剛學(xué)完電子知識(shí)的我們也許書(shū)本知識(shí)掌握的很強(qiáng)，但是真正運(yùn)用到實(shí)際之中還是顯得知識(shí)的匱乏，一個(gè)大項(xiàng)目下有很多簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的小項(xiàng)目，開(kāi)始時(shí)本以為很簡(jiǎn)單就可以做到最后一步，真正入手開(kāi)始做了之后才發(fā)現(xiàn)每一步都是難點(diǎn)。最開(kāi)始設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器就出現(xiàn)了很多問(wèn)題，移動(dòng)計(jì)數(shù)器之后連線發(fā)生變化導(dǎo)致計(jì)數(shù)器不正常工作、如何實(shí)現(xiàn)幾個(gè)192計(jì)數(shù)器之間的級(jí)聯(lián)；再到后來(lái)的如何控制信號(hào)燈的明滅；再到最后的如何實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能，這些便都是我在自己操作的時(shí)候出現(xiàn)的問(wèn)題，小問(wèn)題更不用說(shuō)了，電路一復(fù)雜起來(lái)各個(gè)功能電路之間的連線就變得非常復(fù)雜，難免會(huì)多一根少一根線，而在總電路框圖之下這種問(wèn)題又非常難發(fā)現(xiàn)，所以經(jīng)常導(dǎo)致仿真出不來(lái)預(yù)期效果，還有類(lèi)似的連錯(cuò)線，連錯(cuò)端口等等類(lèi)似的問(wèn)題。

兩天時(shí)間著實(shí)太短了，剛有一點(diǎn)思路就發(fā)現(xiàn)完全實(shí)現(xiàn)自己的思路來(lái)搭建電路幾乎不可能，于是便借鑒了網(wǎng)上，參考文獻(xiàn)和往期學(xué)長(zhǎng)們的電路作為參考，我也發(fā)現(xiàn)了許許多多問(wèn)題，例如網(wǎng)上的電路運(yùn)行不出來(lái)而且不知道是哪里出了差錯(cuò)；書(shū)上的電路圖和項(xiàng)目稍有差別電路圖就完完全全不能等同，成功的學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐們的電路固然值得我們學(xué)習(xí)，但是電路難度大，復(fù)雜程度高，值得借鑒的地方也有限，以及我一直慌慌張張的按照參考書(shū)和學(xué)長(zhǎng)們的電路進(jìn)行修改，到最后才發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目要求的秒數(shù)和我設(shè)計(jì)的不一樣，而已經(jīng)沒(méi)有時(shí)間再供我修改和一遍遍的試錯(cuò)和仿真了，望老師諒解。

我覺(jué)得這是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)我也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，平時(shí)驕傲自滿于自己學(xué)的書(shū)本上的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)想水就水，總是感覺(jué)動(dòng)手能力不像考試那么重要，其實(shí)恰恰相反，真正離開(kāi)大學(xué)校園之后，動(dòng)手能力反而比書(shū)本上的知識(shí)重要的多，所以在之后的大學(xué)生活之中，我應(yīng)該努力的增強(qiáng)自己的動(dòng)手實(shí)踐能力，做到自己不但理解了書(shū)本上的概念，更會(huì)在實(shí)際之中舉一反三的應(yīng)用。希望電子設(shè)計(jì)可以再多給一些時(shí)間，不要和考試沖突，這樣在時(shí)間上就滿足了我完成自己想法的條件，也不用擔(dān)心時(shí)間不夠用。

通過(guò)這短短兩天的時(shí)間，我也明白了很多道理，例如做任何事情都要認(rèn)真仔細(xì)，上課認(rèn)真聽(tīng)講，認(rèn)真聽(tīng)取實(shí)驗(yàn)要求，否則會(huì)花更多的時(shí)間才會(huì)做到其他人在較短時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到的效果。電子設(shè)計(jì)非常有利于提高我們的思考能力，鍛煉我們把理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，同時(shí)也豐富了我們的業(yè)余生活，提高我們對(duì)知識(shí)的深層理解能力。不能輕易放棄，找出自己不清楚的點(diǎn)，查閱書(shū)籍資料，在做不出來(lái)的時(shí)候可以換一個(gè)思路想一想，或者先設(shè)計(jì)別的部分的電路，借鑒他人成功的經(jīng)驗(yàn)也是很有效的方法�？偟膩�(lái)說(shuō)，我覺(jué)得這樣的綜合設(shè)計(jì)很有意義，倘若時(shí)間再充足一點(diǎn)就更好了。也希望自己能在這小小的設(shè)計(jì)之中看出自己體現(xiàn)的缺點(diǎn)和不足，努力改正，也希望自己在下一步可以做的更好。

由衷感謝趙東老師對(duì)我們的指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，您辛苦了。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭介華《電子技術(shù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》北京：高等教育出版社

[2] 孫梅生，李美鶯，徐振英《電子技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)》北京：高等教育出版社

[3] 文亞鳳，王赟，張瑞華《電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京：高等教育出版社

[4] 閻石《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京：高等教育出版社

[5] 宋衛(wèi)海，楊現(xiàn)德《數(shù)字電子技術(shù)》北京：北京大學(xué)出版社

附錄（設(shè)計(jì)電路圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等）

DCD-HEX自帶譯碼器的7段數(shù)碼管

74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示：上圖為74LS192的引腳排列及邏輯符號(hào) （a）引腳排列 (b) 邏輯符號(hào)圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。

仿真工程文件包：

這里提供第2個(gè)設(shè)計(jì)的工程下載,,第一個(gè)設(shè)計(jì)的文件不小心刪除了,大家看網(wǎng)頁(yè)上的圖自行畫(huà)一下吧：

能動(dòng)1612-1161171214-潘龍飛-實(shí)驗(yàn)四交通信號(hào)燈控制器.rar (1.05 MB, 下載次數(shù): 266)

能動(dòng)1612-1161171214-潘龍飛-實(shí)驗(yàn)四交通信號(hào)燈控制器.doc (943 KB, 下載次數(shù): 133)