任務說明：在主、支道路的十字路口分別設置三色燈控制器，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮要求壓線車輛快速穿越。根據(jù)車流狀況不同，可調(diào)整三色燈點亮或關(guān)閉時間。
設計要求：
1、基本部分
(1) 自制穩(wěn)壓電源；
(2) 主道路綠、黃、紅燈亮的時間分別為60秒、5秒、25秒；
次道路綠、黃、紅燈亮的時間分別為20秒、5秒、65秒；
(3) 主、次道路時間指示采用倒計時制，用2位數(shù)碼管顯示。
時序關(guān)系應該符合如下要求：
2、發(fā)揮部分
(1) 主、次道路綠、黃、紅燈亮的時間可以預置；
(2) 主、次道路綠、黃、紅燈亮的時間可以分別調(diào)整；
(3) 其它。
交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖
可以看出，交通信號燈控制系統(tǒng)主要由下列模塊組成。
(1)狀態(tài)控制器，用于記錄交通燈的工作狀態(tài)，以實現(xiàn)對主、支干道車輛運行狀態(tài)的控制。
(2)交通燈控制單元，按照狀態(tài)控制器所處的狀態(tài)，點亮相應的信號燈，同時實現(xiàn)閃燈控制。
(3)秒脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生整個定時系統(tǒng)的時基脈沖，確保整個電路同步工作和實現(xiàn)定時控制。
(4)減法計數(shù)器，通過減法計數(shù)器對秒脈沖作減計數(shù)，完成計時任務，達到控制每一種工作狀態(tài)持續(xù)時間的目的。減法計數(shù)器的回零脈沖使狀態(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個工作狀態(tài)，為減法計數(shù)賦初始值。
(5)顯示譯碼器，將減法計數(shù)器的數(shù)值通過數(shù)碼管顯示。
四．單元電路的設計計算
狀態(tài)控制器的設計
首先分析交通燈工作的實際各種可能狀態(tài)。根據(jù)設計要求：
1支干交替通行
2綠燈亮表示可以通行，紅燈亮表示禁止通行
3每次綠燈變紅燈時，黃燈先亮（此時另一干道上的紅燈不變）
因主干道和支干道各有4種不同的指示（紅閃爍、紅、黃、綠），它們在正常工作時，亮燈的組合有4種可能。
主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，主干道通行。
主干道黃燈亮, 支干道紅燈閃爍，主干道停車。
主干道紅燈亮, 支干道綠燈亮，主支道通行。
主干道紅燈閃爍, 支干道黃燈亮，主干道停車。
信號燈的工作順序流程圖
信號燈4種信號燈四種不同的工作狀態(tài)分別用S0、S1、S2、S3表示，其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。
交通信號燈狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換
S0、S1、S2、S3通過138譯碼器有
交通信號燈狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換
74LS160為TTL型同步十進制計數(shù)器。
74LS160引腳功能圖
4組計數(shù)
交通信號燈狀態(tài)控制器
交通燈控制單元設計
主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。他們之間的關(guān)系見真值表如下。“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。其中主干道的信號燈分別用大寫字母R-、
交通信號燈真值表
狀態(tài)
根據(jù)設計要求，當紅燈將要熄滅時
交通燈控制單元
定時系統(tǒng)設計
根據(jù)設計要求，交通燈控制系統(tǒng)要有一個能自動裝入不同定時時間的定時器，以完成不同的定時任務。該定時器由兩片74LS192
交通信號燈控制定時系統(tǒng)
這部分還用到了中規(guī)模集成電路74LS47
74LS47引腳功能圖
數(shù)碼管顯示譯碼
秒脈沖發(fā)生器設計
產(chǎn)生秒信號的電路有多種形式，本設計利用555定時器組成的秒號發(fā)生器。該電路的輸出脈沖周期為T=(R1+2R2)*C*
秒脈沖信號發(fā)生器的電路
仿真調(diào)試秒脈沖發(fā)生器
在555定時器的輸出端接上頻率計進行仿真調(diào)試。秒脈沖信號發(fā)生器的仿真電路如圖所示。
秒脈沖信號發(fā)生器的仿真電路
在仿真電路連接完成與頻率計參數(shù)設置完以后，開啟仿真開關(guān)，即調(diào)試開始。下圖則表明秒脈沖發(fā)生器調(diào)試成功，可以正常工作。
頻率計面板
仿真調(diào)試交通信號燈狀態(tài)控制器
將秒信號引入狀態(tài)控制器脈沖輸入端，在該脈沖作用下，模擬主、支干道的三色信號燈應按要求依次轉(zhuǎn)換，如果不是這樣就應查找原因。虛擬儀器的選取途徑：仿真→
由于仿真軟件中秒脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的仿真秒脈沖信號太慢，為了加快調(diào)試速度，在交通信號燈狀態(tài)控制器仿真電路中用信號發(fā)生器代替秒脈沖信號，信號發(fā)生器的頻率設置為10
交通信號燈狀態(tài)控制器仿真電路如圖5-7所示。
交通信號燈狀態(tài)控制器仿真電路
為了觀察起來直觀，在輸出端接有指示燈，用來觀察74LS138
仿真調(diào)試交通信號燈顯示電路
參照交通信號燈狀態(tài)顯示電路進行仿真測試，仿真電路如圖所示。
仿真電路是交通信號燈狀態(tài)控制器與交通信號燈顯示電路相連接后測試電路。當交通信號燈狀態(tài)顯示電路調(diào)試成功后，進行封裝。
交通信號燈顯示電路
仿真調(diào)試交通信號燈定時電路
參照交通信號燈定時電路進行仿真測試，仿真電路如圖所示。
交通信號燈定時部分仿真電路
五. 整機電路圖
仿真調(diào)試整個系統(tǒng)
在系統(tǒng)安裝調(diào)試中，首先將各單元電路調(diào)試正常，然后再將各單元電路用粘貼的方法置于同一Multisim
交通信號燈控制系統(tǒng)的仿真電路
六. 元器件明細表
七．設計的收獲和心得體會以及建議
本課題是以multisim10
此仿真電路的實現(xiàn)對搭建實際電路有借鑒與指導意義。這樣在電路設計仿真完成之后再構(gòu)建實際電路,就能有效降低成本,大大提高了教學和專業(yè)設計的效率。有
一個電路系統(tǒng)中，每一個環(huán)節(jié)都是很重要的，先要有一個較為合理的原理圖，然后才能對原理圖中的每一部分進行仿真修改，這往往不是一蹴而就的，需要不斷地反復。仿真調(diào)試時，要把整個電路分成幾塊，每塊單獨調(diào)試，這樣才能減少故障率，提高調(diào)試的效率。
采用模塊化設計和封裝，先對單元電路模塊進行仿真分析，再對總體電路進行仿真分析，以提高仿真效率，并使總體電路簡單。
在進行電路設計時，對于輸入（如開關(guān)）、輸出部件（如LED
為提高仿真效率，對于電路系統(tǒng)需要用到的時鐘脈沖、電源、輸出顯示部件，設計時可先用系統(tǒng)中的模型替代。等仿真結(jié)果滿足要求以后，再將自己設計的脈沖產(chǎn)生電路模塊、電源模塊、顯示模塊接入總體電路中。
通過對該的設計及仿真分析，我們可以體會到，實際應用中，完全由純硬件組成的電路還是過于復雜，調(diào)試比較麻煩，故障點比較多，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也不太確定。無論是單片機、PLC還是CPLD，都是盡量減少電路中的硬件部分，盡可能地將需要硬件電路完成的任務以編程的方式解決并灌入可定義的芯片中，軟件與硬件相結(jié)合，這無疑是現(xiàn)代電子的發(fā)展方向。 |
