任務(wù)說明：在主、支道路的十字路口分別設(shè)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(diǎn)亮或關(guān)閉時(shí)間。
設(shè)計(jì)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(shí)間分別為60秒、5秒、25秒；
次道路綠、黃、紅燈亮的時(shí)間分別為20秒、5秒、65秒；
(3) 主、次道路時(shí)間指示采用倒計(jì)時(shí)制，用2位數(shù)碼管顯示。
時(shí)序關(guān)系應(yīng)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(shí)間可以預(yù)置；
(2) 主、次道路綠、黃、紅燈亮的時(shí)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(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)主、支干道車輛運(yùn)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(diǎn)亮相應(yīng)的信號(hào)燈，同時(shí)實(shí)現(xiàn)閃燈控制。
(3)秒脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生整個(gè)定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)基脈沖，確保整個(gè)電路同步工作和實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制。
(4)減法計(jì)數(shù)器，通過減法計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖作減計(jì)數(shù)，完成計(jì)時(shí)任務(wù)，達(dá)到控制每一種工作狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的目的。減法計(jì)數(shù)器的回零脈沖使?fàn)顟B(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時(shí)狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個(gè)工作狀態(tài)，為減法計(jì)數(shù)賦初始值。
(5)顯示譯碼器，將減法計(jì)數(shù)器的數(shù)值通過數(shù)碼管顯示。
四．單元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算
狀態(tài)控制器的設(shè)計(jì)
首先分析交通燈工作的實(shí)際各種可能狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)，黃燈先亮（此時(shí)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?cè)谡９ぷ鲿r(shí)，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(hào)燈的工作順序流程圖
信號(hào)燈4種信號(hào)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(hào)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(hào)燈狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換
74LS160為TTL型同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
74LS160引腳功能圖
4組計(jì)數(shù)
交通信號(hào)燈狀態(tài)控制器
交通燈控制單元設(shè)計(jì)
主、支干道上紅、黃、綠信號(hào)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(hào)燈分別用大寫字母R-、
交通信號(hào)燈真值表
狀態(tài)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)紅燈將要熄滅時(shí)
交通燈控制單元
定時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，交通燈控制系統(tǒng)要有一個(gè)能自動(dòng)裝入不同定時(shí)時(shí)間的定時(shí)器，以完成不同的定時(shí)任務(wù)。該定時(shí)器由兩片74LS192
交通信號(hào)燈控制定時(shí)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(shè)計(jì)
產(chǎn)生秒信號(hào)的電路有多種形式，本設(shè)計(jì)利用555定時(shí)器組成的秒號(hào)發(fā)生器。該電路的輸出脈沖周期為T=(R1+2R2)*C*
秒脈沖信號(hào)發(fā)生器的電路
仿真調(diào)試秒脈沖發(fā)生器
在555定時(shí)器的輸出端接上頻率計(jì)進(jìn)行仿真調(diào)試。秒脈沖信號(hào)發(fā)生器的仿真電路如圖所示。
秒脈沖信號(hào)發(fā)生器的仿真電路
在仿真電路連接完成與頻率計(jì)參數(shù)設(shè)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(jì)面板
仿真調(diào)試交通信號(hào)燈狀態(tài)控制器
將秒信號(hào)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(hào)燈應(yīng)按要求依次轉(zhuǎn)換，如果不是這樣就應(yīng)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(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的仿真秒脈沖信號(hào)太慢，為了加快調(diào)試速度，在交通信號(hào)燈狀態(tài)控制器仿真電路中用信號(hào)發(fā)生器代替秒脈沖信號(hào)，信號(hào)發(fā)生器的頻率設(shè)置為10
交通信號(hào)燈狀態(tài)控制器仿真電路如圖5-7所示。
交通信號(hào)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(hào)燈顯示電路
參照交通信號(hào)燈狀態(tài)顯示電路進(jìn)行仿真測試，仿真電路如圖所示。
仿真電路是交通信號(hào)燈狀態(tài)控制器與交通信號(hào)燈顯示電路相連接后測試電路。當(dāng)交通信號(hào)燈狀態(tài)顯示電路調(diào)試成功后，進(jìn)行封裝。
交通信號(hào)燈顯示電路
仿真調(diào)試交通信號(hào)燈定時(shí)電路
參照交通信號(hào)燈定時(shí)電路進(jìn)行仿真測試，仿真電路如圖所示。
交通信號(hào)燈定時(shí)部分仿真電路
五. 整機(jī)電路圖
仿真調(diào)試整個(gè)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(hào)燈控制系統(tǒng)的仿真電路
六. 元器件明細(xì)表
七．設(shè)計(jì)的收獲和心得體會(huì)以及建議
本課題是以multisim10
此仿真電路的實(shí)現(xiàn)對(duì)搭建實(shí)際電路有借鑒與指導(dǎo)意義。這樣在電路設(shè)計(jì)仿真完成之后再構(gòu)建實(shí)際電路,就能有效降低成本,大大提高了教學(xué)和專業(yè)設(shè)計(jì)的效率。有
一個(gè)電路系統(tǒng)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都是很重要的，先要有一個(gè)較為合理的原理圖，然后才能對(duì)原理圖中的每一部分進(jìn)行仿真修改，這往往不是一蹴而就的，需要不斷地反復(fù)。仿真調(diào)試時(shí)，要把整個(gè)電路分成幾塊，每塊單獨(dú)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(shè)計(jì)和封裝，先對(duì)單元電路模塊進(jìn)行仿真分析，再對(duì)總體電路進(jìn)行仿真分析，以提高仿真效率，并使總體電路簡單。
在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于輸入（如開關(guān)）、輸出部件（如LED
為提高仿真效率，對(duì)于電路系統(tǒng)需要用到的時(shí)鐘脈沖、電源、輸出顯示部件，設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)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(duì)該的設(shè)計(jì)及仿真分析，我們可以體會(huì)到，實(shí)際應(yīng)用中，完全由純硬件組成的電路還是過于復(fù)雜，調(diào)試比較麻煩，故障點(diǎn)比較多，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也不太確定。無論是單片機(jī)、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(wù)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。 |
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