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  • 交通信号灯是指挥行人和各种车辆的安全运行的重要工具,对于有主支干道之分的十字路口,要求主干道通行的时间比支干道长。交通灯控制系统主要是实现城市交叉路口红绿灯的控制。在现代化的大城市中,十字交叉路口...
  • 随着电子与计算机技术的迅速发展,电子电路的分析与设计方法发生了重大的变化。电子设计自动化技术已成为设计现代电子系统必不可少的工具和手段。在电子技术领域里,为了...本设计的任务就是设计一个交通灯控制器系统
  • 基于简单的数字电路器件。。。 原创,调试可用 。。。
  • 交通信号灯控制电路的FPGA设计、电子技术,开发板制作交流
  • 城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。如何采用合适的控制方法,最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路,...
  • 数电课程设计交通信号灯控制电路,比较简单的一个电路 适合新手操作
  • 简易交通信号灯控制电路,它的控制器主要由控制器、秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路及信号灯组成。通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯...
  • 交通灯控制器电路是由计数电路,脉冲信号源,组合逻辑门控制电路,译码器以及特殊情况下需要的手动电路组成的。在不同工作状态下,计数器对单位时钟脉冲进行计数,其输出不仅控制着交通灯的变化,而且控制着下一状态...
  • 这是我们课程设计时用multisim模拟仿真的交通信号灯控制电路,希望能对大家有所帮助。
  • 为了更好地实现交通畅通,不断优化...通过采用EDA技术对交通信号灯控制电路进行改进,应用VHDL语言实现电路的设计和仿真,消除了传统交通信号灯控制电路的弊端,使交通信号灯控制电路的性能更稳定,调试和维护更便捷。
  • 电子课程设计报告 摘要 在现代社会中,人口和汽车日益增长,交通也日... 因此,在本次课程设计里,将以一种简单实用的交通灯控制系统的硬件电路设计方案来设计了可控制的交通信号灯。 关键词:交通控制 节拍器 计数器
  • 选用D触发器和555定时器作为主要器件,利用组合逻辑电路、时序逻辑电路和555定时器等方面的数字电路理论,将扭环形计数器应用到十字路口交通信号灯自动控制电路中,并利用Multisim作为设计工具进行仿真。
  • 此个交通灯电路是利用161作控制模块,译出四个状态以用来并行控制交通信号灯显示模块和数码管显示模块,并加12个非门以用于电路延时。。。相信大家做数电课程设计的参考是可以用的上的
  • 2.2 十字路口交通信号灯控制系统电路图………………………………………10 2.3 十字路口交通信号灯PLC硬件控制电路设计 …………………………… 10 2.4 十字路口交通信号灯PLC控制程序设计………………………………...
  • 交通信号灯控制系统设计

    千次阅读 2019-07-03 21:41:07
    本系统采用STC89C51单片机以及单片机最小系统和74HC245驱动电路以及外围的按键和数码管显示等部件,设计一个基于单片机的交通灯设计设计通过两位一体共阴极数码管显...

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    本系统采用STC89C51单片机以及单片机最小系统和74HC245驱动电路以及外围的按键和数码管显示等部件,设计一个基于单片机的交通灯设计。设计通过两位一体共阴极数码管显示,并能通过按键对定时进行设置。

     

     

    本设计能模拟基本的交通控制系统,用红绿黄灯表示禁行,通行和等待的信号发生,还能进行倒计时显示。按键可以控制禁行、深夜模式、复位、东西通行、南北通行、时间加、时间减、切换等功能。

    共四个二位阴极数码管,东南西北各一个显示时间,四个数码管的阴极都接到STC89C51的P1口,阳极接到74HC245芯片上,通过P0口控制74HC245芯片,起到驱动放大作用。共12个发光二极管,四个路口每个路口各有一个红(禁行)、黄(警告)发光二极管,四个路口的二极管接到P2口,按键接P3口。

    设在十字路口,分为东西向和南北向,在任一时刻只有一个方向通行,另一方向禁行,持续一定时间,经过短暂的过渡时间,将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明:黑色表示亮,白色表示灭。交通状态从状态1开始变换,直至状态6然后循环至状1,周而复始,直至状态6然后循环至状态1,通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下:

     

    东西方向红灯灭,同时绿灯亮,南北方向黄灯灭,同时红灯亮,倒计时20秒。此状态下,东西向禁止通行,南北向允许通行。

    东西方向绿灯灭,同时黄灯亮,南北方向红灯亮,倒计时5秒。此状态下,除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。

    南北方向红灯灭,同时绿灯亮,东西方向黄灯灭,同时红灯亮,倒计时30秒。此状态下,东西向允许通行,南北向禁止通行。

    南北方向绿灯灭,同时黄灯亮,东西方向红灯亮,倒计时5秒。此状态下,除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。

     

    显示模块功能

     

    显示模块分数码管显示和LED显示,数码管倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯颜色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式,并且认为有倒计时显示的路口更安全。

    倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的一种方法,它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间,帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。通过两种显示结合,是本设计更合理可靠。

     

    按键模块功能

     

    本系统要求的按键控制不多,且I/0口足够,可直接采用独立式。按键可以设置系统的运行状态,禁行状态为数码管均显示“00”,红灯全亮;复位按键可以将整个系统复位;东西通行是东西方向的绿灯亮,南北方向上的红灯亮;南北通行为南北方向上的绿灯亮,东西方向上的红灯亮;时间加减可以设置通行和等待通行的时间;切换按键可以切换加减的方向时间。通过安检模块的控制,使得整个系统具有灵活性,实用性。

     

    基本构成及原理

     

    在相同的时间里提高通车的质量、效率。并能在高峰期根据实际状况结合方程式控制按钮来调整主次干道的通车时间,降低交通拥挤堵塞现象。并使交通控制系统具有紧急控制,使救护车、救护车通过时,使两个方向均亮红灯,救护车和消防车通过后,恢复原来状态,增加对出现特殊情况的处理能力。

     

    本单片机控制交通灯系统,可用单片机直接控制信号灯的状态变化,基本上可以指挥交通的具体通行,当然,接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者,更具人性化。本系统在此基础上,单片机对此进行具体处理,及时调整控制指挥。

     

    键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号,系统进入正常工作状态,执行交通灯状态显示控制,同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。在此过程中还要实时捕捉违规检测和紧急按键信号,以达到对异常状态进行实时控制的目的。急停按键和违规检测随时调用中断。

     

    单片机最小系统设计

     

    STC89C51共有4个8位的并行I/O口,分别记作P0、P1、P2、P3。每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。实际上,它们已被归入专用寄存器之列,并且具有字节寻址和位寻址功能。在访问片外扩展存储器时,低8位地址和数据由P0口分时传送,高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中,这4个口的每一位均可作为双向的I/O端口使用。

     

     

    信号显示驱动电路设计

     

    74HC245译码器可接受3位二进制加权地址输入(A0,A1和A2),并当使能时,提供8个互斥的低有效输出(Y0至Y7)。74HC245特有3个使能输入端:两个低有效(E1和E2)和一个高有效(E3)。除非E1和E2置低且E3置高,否则74HC138将保持所有输出为高。

    利用这种复合使能特性,仅需4片74HC245芯片和1个反相器,即可轻松实现并行扩展,组合成为一个1-32(5线到32线)译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入,而把其余的使能输入端作为选通端,则74HC245亦可充当一个8输出多路分配器,未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。

     

    74HC245作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。

     

    HC138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8个输出端中译出一个低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24线译码器不需外接门;扩展成32线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。

     

    设计中将1脚接VCC,19脚接地,整个芯片是输入端输入高则输出端输出高,输入端输入低则输出端输出地,只是相当于驱动作用。

     

    键盘输入电路设计

     

    独立式键盘的实现方法是利用单片机I/O口读取口的电平高低来判断是否有键按下。将常开按键的一端接地,另一端接一个I/O 口,程序开始时将此I/O口置于高电平,平时无键按下时I/O口保护高电平。

    当有键按下时,此I/O 口与地短路迫使I/O 口为低电平。按键释放后,单片机内部的上拉电阻使I/O口仍然保持高电平。我们所要做的就是在程序中查寻此I/O口的电平状态就可以了解我们是否有按键动作了。

    程序主体设计

     

    全部控制程序实际上分为若干模块:键盘设置处理程序,状态灯控制程序,LED显示程序,消抖动延时程序,次状态判断及处理程序,紧停或违规判断程序,中断服务子程序,车流量计数程序,红绿灯时间调整程序等。整个软件程序方面主要分两大部分:按键处理程序和50ms扫描程序。

     

     

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  • 利用计数器和必要的门电路设计简易交通灯控制电路,红绿灯交替点亮90秒。使用74LS90为计数器件,利用T触发器的翻转功能,(本实验将不采用译码器而采用T触发器进行实验),查阅器件参数手册,设计功能电路实现红绿灯...

    摘要

    利用计数器和必要的门电路设计简易交通灯控制电路,红绿灯交替点亮90秒。使用74LS90为计数器件,利用T触发器的翻转功能,(本实验将不采用译码器而采用T触发器进行实验),查阅器件参数手册,设计功能电路实现红绿灯交替转换点亮90S。

    关键词:红绿灯控制 定时器 T触发器
    引言
    城市十字交叉路口为确保车辆、行人安全有序地通过,都设有指挥信号灯。交通信号灯的出现,使交通得以有效地管制,对于疏导交通、减少交通事故有明显的效果。为确保车辆安全、迅速的通行,在交叉路口的每条道上设置一组交通灯,交通灯由红、绿2色组成。红灯亮表示此通道禁止车辆通过路口;绿灯亮表示该通道车辆可以通行。设计一交通灯控制电路以控制两组交通灯的状态转换,指挥车辆安全通行。

    第一章 设计任务及方案
    1、任务说明
    利用计数器和必要的门电路设计简易交通灯控制电路,要求红绿灯交替点亮90秒。(要求使用授课中未提及的计数器件,查阅器件参数手册,设计功能电路)
    2、任务方案
    根据设计要求,道路绿、红灯亮的时间分别为90s、90s。设计的系统可以由计数器、脉冲信号发生器、信号灯、控制部分等组成。脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需要的标准信号,输出两路信号灯的控制信号号。在这里插入图片描述
    第三章 设计原理及电路
    1 、总体设计
    根据设计要求主道路绿、红灯亮的时间分别为90秒、90秒。根据要求中交通指示灯定时亮灭,时间指示采用累加计时显示,则需要由脉冲发生器,计数器,状态转换器等来满足,状态控制器主要用于记录十字路口交通灯的工作状态,通过T触发器分别点亮相应状态的信号灯。脉冲发生器产生整个定时系统的时基脉冲,通过加法计数器对秒脉冲计数,达到控制每一种工作状态的持续时间。
    2 、单元电路的设计和元器件的选择在这里插入图片描述
    R01,R02为清零端,两者同时为高电平时实现清零功能。
    R91,R92为置数端,两者同时为高电平时实现置数功能。
    QA、QB、QC、QD、为数据输出端 。
    CP1、CP2为脉冲输入端,其中:
    脉冲从 CP1进去 ,输出从QA输出时为二进制记数
    脉冲从 CP2进去,输出从QD、QC、QB输出时为五进制记数
    脉冲从 CP1进去,输出从QA接CP2,输出从 QD、QC、QB、
    QA输出时为十进制记数。具体逻辑功能如下图2;在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    由上图可知T触发器具有翻转功能,故每当计数90S后可用其改变输出端状态从而实现控制。具体实现如下图在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    第五章 设计总结
    在城镇街道的十字叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,会在每条路上各有一组绿、红交通灯,指挥各种车辆和行人的安全有序通行,实现十字路口交通管理的自动化。
    得知设计的题目是十字路口交通管理系统后,我们先是去图书馆查阅了很多相关的资料,对其构造有了基本的了解,在大脑中形成我们自己的大体思路,并上网搜了很多关于这方面的论文实例,让自己头脑中的思路更明晰,想法更完整,之后便开始在Multisim仿真软件中开始设计我们的电路图,并与查询到的电路图进行运行比较,查出需要改进的地方,我们自己的电路图终于在曲折中有了胜利里的曙光,在同学的帮助和指导下,终于大功告成,完成了电路图的设计仿真最关键环节。在制作过程中我们遇到了许多的问题,但是因为得到了同学热心的帮助,总算是按时完成任务,基本达到老师预期的要求和这次课程设计实习的目的意义。我们俩都收获很大。

    参考文献
    [1]童诗白、华成英主编。模拟电子技术基础。第四版。北京:高等教育出版社,2006。
    [2]阎石主编。数字电子技术基础。第五版。 北京:高等教育出版社,2006。
    [3]武汉理工大学。十字路口交通管理控制器.2008。
    [4]哈尔滨工业大学。十字路口交通管理控制器的设计-数字电路大作业。2006
    [5] 74系列中文资料。在这里插入图片描述

    展开全文
  • 交通灯控制器电路是由计数电路,脉冲信号源,组合逻辑门控制电路,译码器... 本设计采用了以74HC161计数器作为核心控制器,通过控制城市十字路口的交通信号灯来指挥交通。该系统具有制作简单、成本低、功能实用等特点。
  • 由一条主道和一条支道的汇合点形成的十字路口,两道上的车辆交替通过,为确保车辆的安全,迅速通行,在交叉路口要求主车道和支车道两条交叉道的每个入口设置了红,绿,黄三色信号灯。红灯亮禁止通行;绿灯亮允许通行;...
  • 交通信号灯作为管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段,对减少交通事故有明显效果。但是车流量是随时变化的,而传统的交通灯模式采用的是定时控制,反而容易造成交通堵塞。因此设计一种基于Proteus与单片机的...
  • 交通灯控制逻辑电路设计 这是一个数电实验,交通灯,如果使用FPGA或者单片机来完成的话,会简单很多,这里采用的是使用常规的计数器,触发器,门电路等基本器件搭建,扩展部分可以完成总通行时间在100s内任意设置,...

    交通灯控制逻辑电路设计

    这是一个数电实验,交通灯,如果使用FPGA或者单片机来完成的话,会简单很多,这里采用的是使用常规的计数器,触发器,门电路等基本器件搭建,扩展部分可以完成总通行时间在100s内任意设置,红、黄、绿灯亮的时间长短之和在100s内任意设置,其实想要超过100s只需要扩展相应的计数器,以及门电路即可,限制功能的往往是资源;

    一、选题背景

    1.1、应用背景

    为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过,往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯(R)亮表示该条道路禁止通行;黄灯(Y)亮表示停车;绿灯(G)亮表示允许通行。

    1.2、设计任务和要求

    1.2.1、 要求东西方向的红、黄、绿灯和南北方向的红、黄、绿灯按照上面的工作时序进行工作,黄灯亮时应为闪烁状态;
    (1)南北和东西车辆交替进行,各通行时间24秒
    (2)每次绿灯变红灯时,黄灯先闪烁4秒,才可以变换运行方向 。
    (3)十字路口要有数字显示作为时间提示,以倒计时按照时序要求进行显示;具体为:当某方向绿灯亮时,置显示器为某值,然后以每秒减1计数方式工作,直至减到数为“0”,十字路口红、绿等交换,一次工作循环结束,而进入下一步某方向的工作循环。
    (4)可以手动调整和自动控制,夜间为黄灯闪耀状态。
    1.2.2、 在完成上述任务后,可以对电路进行电路改进或扩展。(选作:通行时间和黄灯闪亮时间可以在0-99秒内任意设定)。

    二、方案论证(设计理念)

    交通灯控制系统原理框图
    交通灯控制系统的原理框图如上图所示。主要由秒脉冲发生器、计数器模块、译码显示模块、状态转换模块、译码模块等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中计数器模块、状态转换的标准时钟信号源,计数器模块主要为状态转换模块提供两个转换信号,译码显示模块将计数器的计数状态译码并通过数码管进行显示,状态转换模块是系统的主要部分,由它控制红绿灯四个状态之间的转换,译码模块将状态转换模块所处状态进行译码,并驱动红绿灯进行状态显示;
    TL:表示东西方向或南北方向绿灯亮的时间间隔为20秒,定时时间到,TL=1,否则,TL=0。
    TR:表示东西方向或南北方向红灯亮的时间间隔为24秒。定时时间到,TR=1,否则,TR=0。
    两方向车道的交通灯的运行状态共有4种,如下图所示:
    交通灯时序工作流程图
    交通灯以上4种工作状态的转换是由状态转换模块进行控制的。设四种状态编码为00、01、11、10,并分别用S0、S1、S2、S3表示,则状态转换模块工作状态及其功能如下表所示:

    状态转换模块状态 信号灯状态 车道运行状态
    S0(00) 南北绿灯亮,东西红灯亮 南北车道通行,东西车道禁止通行
    S1(01) 南北黄灯亮,东西红灯亮 南北车道停车,东西车道禁止通行
    S2(11) 南北红灯亮,东西绿灯亮 南北车道禁止通行,东西车道通行
    S3(10) 南北红灯亮,东西黄灯亮 南北车道禁止通行,东西车道停车

    译码模块将状态转换模块当前状态进行译码,驱动相应车道的红、黄、绿灯;为简便起见,把灯的代号和灯的驱动信号合二为一,并作如下规定:
    AG=1:南北绿灯亮;
    AY=1:南北黄灯亮;
    AR=1:南北红灯亮;
    BG=1:东西绿灯亮;
    BY=1:东西黄灯亮;
    BR=1:东西红灯亮;
    由此得到交通灯状态转换模块的ASM图,如图下所示。设状态转换模块的初始状态为S0,当S0的持续时间小于20秒时,TL=0,其状态保持不变。只有当S0的持续时间等于20秒时,TL=1,跳转到S1,此时当S1持续时间小于4秒时,TR=0,其状态保持不变,只有当持续时间等于4秒,TR=1时,状态跳转到S2,持续20秒之后满足条件又转换到S3;持续4秒后跳转到S0;
    状态转换模块的ASM图

    三、过程论述

    为了方便后面叙述,先把总体基本电路图放出来;
    交通灯基本电路总体布局

    3.1秒脉冲发生器

    秒脉冲发生器由555定时器构成的多谐振荡器产生,振荡频率为f=1.43(R1+2R2)C=1.43106(1000+21000)470)=1.014HZ f=\frac{1.43}{(R_1+2*R_2)C} =\frac{1.43*10^6}{(1000+2*1000)*470)} =1.014HZ
    秒脉冲发生器

    3.2 计数器模块及译码显示模块

    因这译码显示模块依赖计数器模块较大,故将两个模块合并在一起叙述,模块如下图计数器模块及译码显示模块所示:
    计数器模块及译码显示模块

    3.2.1计数器的构成

    由两片74LS192构成24进制异步计数器,74LS192为异步置数计数器,要求采用倒计时计数,所以预置数设置为24,用低位74LS192芯片的借位端BO驱动高位 74LS192的减计数时钟端DOWN,完成芯片之间的级联。当两片74LS192芯片的借位端BO都有效时,对两片74LS192芯片进行置数,即LOAD=(BO0BO1)=((BO0)(BO1)) LOAD'=(BO_0*BO_1)'=((BO_0')'*(BO_1')')',减计数端DOWN接秒脉冲模块输出信号,加计数端UP接高电平,置零端CLR置零;

    3.2.1控制信号TL、TR的引出

    引出TL和TR信号,按照题意应该在计数器倒计时到4(从24开始的倒计时,故此时为20秒)时引出TL信号,计数器倒计时到0(24秒)时引出TR信号,但是由图3总电路图知,红、黄、绿信号灯模块与计数器模块之间有两级D触发器模块,故红、黄、绿信号灯模块比计数器模块输出信号延后两个时钟周期,为了让计数器计数到4(20秒)或者0(24秒)时,相应的红、黄、绿信号灯实现状态转换,就需要把产生TL信号和TR信号的时间提前两个时钟周期,故图中在计数器计数到6(18秒)时引出TL信号,计数到2(22秒)时引出TR信号;

    3.2.3 D触发器消除尖峰信号(竞争冒险)

    此处加一级D触发器是为了消除前面组合逻辑电路因竞争冒险产生的尖峰信号对后面状态转换所引起的干扰;例如由于产生TL信号的与非门之前电路的差异,时间延迟也不同;Q0经过一级反相器和一级与门,而Q1经过一级与门,Q2没有经过门电路;当计数器低位74LS192芯片输出信号由1000变为0111时,Q2与Q1必然先变为高电平,而此时Q0还处于低电平,出现0110使TL产生尖峰脉冲,而这个脉冲是错误的,因为此时计数器计数状态处于8到7之间,并没有计数到6,所以我们要避免这种类似的错误;故加一级触发器去消除这个尖峰,由于边沿触发器只有在时钟边沿时才有效,即使前面组合电路产生尖峰信号,这个尖峰信号由于组合电路存在时间延迟,必然晚于时钟边沿到达,早于下一个时钟边沿到达(因为此电路时钟周期为1秒,而一级门电路的延迟时间在纳秒到微秒级别),此时触发器输出不受输入信号的影响,达到消除尖峰信号的目的;

    3.2.4译码显示模块

    译码显示模块功能是将计数器的计数状态进行显示,由两片74LS48显示译码器,两个共阴极七段数码管,14个限流电阻组成;译码器输入端与计数器输出端对应连接即可,本设计不使用译码器的控制端,故均接高电平;

    3.3状态转换模块

    状态转换模块是交通管理的核心,它能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出状态转换模块的状态转换表,如下表所示。选用两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态,状态转换模块状态转换的条件为TL和TR,当状态转换模块处于Q1nQ0n= 00状态时,如果TL= 0,则状态转换模块保持在00状态;如果TL=1,则状态转换模块的状态转换到Q1n+1Q0n+1= 01状态。这两种情况与条件TR无关,所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推。

    现态 现态 状态转换条件 状态转换条件 次态 次态
    Q1n Q0n TL TR Q1n+1 Q0n+1
    0 0 0 X 0 0
    0 0 1 X 0 1
    0 1 X 0 0 1
    0 1 X 1 1 1
    1 1 0 X 1 1
    1 1 1 X 1 0
    1 0 X 0 1 0
    1 0 X 1 0 0

    根据上表可以推出状态方程,其方法是:将Q1n+1、Q0n+1为1的项所对应的输人和状态转换条件变量相与,其中"1"用原变量表示,"0"用反变量表示,然后将各与项相或,即可得到下面的方程:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    根据以上方程,选用数据选择器74LS153 来实现每个D触发器的输入函数,将触发器的现态值加到74LS153 的数据选择输入端作为控制信号。即可实现状态转换模块的功能。状态转换模块原理图如下图所示。由一片双四选一数据选择器74LS153和两个D触发器74LS74组成状态转换模块。触发器记录4种状态,数据选择器与触发器配合实现4种状态的相互交换。电路逻辑图如下:
    在这里插入图片描述
    其原理为:两个D触发器的置零以及置一端无效,故CLR和IPR均接高电平。时钟信号端CLK接秒脉冲发生器的输出端,数据选择器的输出端分别接D触发器的输入端,Y1接输出为信号的触发器的输入端,Y2接输出为的触发器的输入端。因为在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    所以数据选择器的地址端B接Q1n,地址端A接Q0n。输出为Y1的D触发器的数据端C0接地,C1接TR,C2接TR反,C3接高电平VCC。输出为Y2的D触发器的数据端C0接TL,C1接高电平VCC,C2接地,C3接TL反。数据选择器的使能端均有效,故1G,2G接低。如上图所示:74LS74两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数,将触发器的的现态值加到74LS153的数据选择端作为控制信号,即可实现状态转换模块的功能。

    3.4译码模块

    3.4.1状态译码

    译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0 的4种工作状态,翻译成南北、东西车道上红、黄、绿三种信号灯的工作状态。状态转换模块的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如下表所示。

    现态 现态 南北绿灯 南北黄灯 南北红灯 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯
    Q1n Q0n AG AY AR BG BY BR
    0 0 1 0 0 0 0 1
    0 1 0 1 0 0 0 1
    1 1 0 0 1 1 0 0
    1 0 0 0 1 0 1 0

    根据上表可以得到各路信号灯的控制信号表达式如下:
    南北方向车道绿灯:
    在这里插入图片描述
    南北方向车道黄灯:
    在这里插入图片描述
    南北方向车道红灯:
    在这里插入图片描述
    东西方向车道绿灯:
    在这里插入图片描述
    南北方向车道黄灯:
    在这里插入图片描述
    南北方向车道红灯:
    在这里插入图片描述
    将(Q1n反)和(Q0n反)通过与门连接在南北方向的绿灯上,Q1n和(Q0n反)通过与门连接在南北方向的黄灯上,Q0n直接连接在南北方向的红灯上,Q1n和Q0n通过与门连接在东西方向的绿灯上,(Q1n反)和(Q0n反)通过与门连接在东西方向的黄灯上,(Q0n反)直接连接在东西方向的红灯上;即可完成对状态的译码;译码模块如下图所示。
    译码模块

    3.4.2 黄灯闪烁

    自动控制黄灯闪烁:单刀双掷开关S1向上闭合连接时钟信号时,通过时钟信号的高低电平和
    在这里插入图片描述
    相与得到南北方向黄灯的闪烁状态,通过时钟信号的高低电平和
    在这里插入图片描述
    相与得到东西方向黄灯的闪烁状态;
    黄灯不闪烁:只需要将S1向下闭合,S2断开即可;如下图所示:
    通过开关S1、S2控制黄灯闪烁

    3.5整个交通灯布局图

    交通灯布局图

    四、扩展功能

    要求:通行时间和黄灯闪亮时间可以在0-99秒内任意设定;

    4.1红灯亮的时间设计

    通行时间即绿灯时间和黄灯闪亮时间可以调节,说明红灯的时间可以调节,可以利用已知的绿灯以及黄灯的时间推出红灯亮的时间;红灯亮的时间等于绿灯亮的时间加上黄灯闪亮的时间;在计数器的置数端用开关控制输入,即可对红灯亮的时间长短进行调节,如果红灯亮的时间为60秒,则从左到右开关的状态应为关、开、开、关,关、关、关、关。如下图所示;
    计数器开关输入设置红灯亮的时间

    4.2黄灯闪亮时间以及绿灯亮的时间设计

    红灯亮的时间(黄灯亮的时间加绿灯亮的时间)已经由上图装置设定,要分别设置绿灯和黄灯亮的时间,只需要一个点把红灯亮的时间分成两段时间就行了,因为TR信号都是在计数器计数到2时产生的,所以控制绿灯以及黄灯亮的时间只需要控制TL信号即可,要想让TL能够在0到99之间变化,就必须通过八个非门对计数器输出的八个信号进行取反,通过单刀双掷开关对计数器八位输出的原变量和反变量进行选择,之后八个信号每两个通过一个与门,即需要四个与门,最后再将这四个与门用一个四输入的与非门连接,在通过反相器后,输出便是TL;如下图所示。例如绿灯亮50秒,黄灯闪亮10秒,由图11设置红灯亮60秒,计数器从60秒开始倒计时,那么当倒计时到10秒时,黄灯就应该开始闪亮,似乎TL就设置为10(50秒)时有效,但是由于后面两级触发器的延时,此处设置应为12(48秒);延迟两秒后,数码管显示10时,黄灯才能正常闪烁;假设此处单刀双掷开关向上掷为开,向下为关;那么设置TL在12时有效时,从上至下开关状态为关、关、关、开,关、关、开、关,便可以实现绿灯亮50秒,数码管显示10时,黄灯开始闪亮,直到数码管示数0;
    通过控制TL有效控制绿灯、黄灯时间

    4.3整个交通灯控制系统的布局

    在这里插入图片描述

    五、结果分析

    基本电路默认把通行时间设为24秒,南北方向车道方向绿灯亮,东西方向车道的红灯亮。数码管从预置的24秒,以每秒减1,减到数码管示数为4时,南北方向的绿灯转换为黄灯,其余灯都不变。数码管示数减到0后时南北方向的黄灯转换为红灯;东西方向的红灯转换为绿灯。如此循环下去。并且在数码管示数由8变为7的时候,TL反相器后的指示灯会闪亮一下,说明组合电路产生的尖峰脉冲确实存在,而第一级触发器后面TL的指示灯并不会闪亮,这也说明D触发器能够消除前面组合电路产生的尖峰脉冲对后面电路的影响;
    扩展电路将红灯亮的时间设置为74;上图从左到右开关状态依次设置为关、开、开、开,关、开、关、关完成74的设置,绿灯亮51秒,黄灯亮23秒,则TL有效信号为25,所以上图的开关从上至下依次设置为上、上、下、上,上、下、上、下;开始仿真后;数码管从预置的74秒,以每秒减1,减数码管示数为23时,南北方向的绿灯转换为黄灯,其余灯都不变。数码管示数减到0后时南北方向的黄灯转换为红灯;东西方向的红灯转换为绿灯。如此循环下去。

    六、参考文献

    阎石,王红.数字电子技术基础.5版.北京:清华大学出版社,2005.

    七、验证源文件

    百度网盘链接:
    https://pan.baidu.com/s/1gmSRpjVzCFvqGfhN4DJR_Q
    提取码:6nfy

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    电路仿真软件是当代重要软件之一,缺乏电路仿真软件,模拟运行环境将无法搭建。对于电路仿真软件,虽然市面上类别众多,但知名电路仿真软件为proteus。本文对于电路仿真软件的介绍,为基于proteus的交通灯控制电路设计,一起来了解下吧。

    城市道路错综复杂,相互交错,交通灯是城市交通的重要指挥系统。交通信号灯作为管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段,对减少交通事故有明显效果。但是车流量是随时变化的,而传统的交通灯模式采用的是定时控制,反而容易造成交通堵塞。因此设计一种基于Proteus与单片机的交通灯控制系统的设计与仿真,对减少交通事故,缓解交通阻塞,提高畅通率具有很重要的现实意义.

    1、系统设计方案

    东西、南北两干道交于一个十字路口,各干道有一组交通指示灯,每一个状态方向上均有一组红、绿灯,即一组交通指示灯都有左转、直行、右转3组红、绿灯和一个黄灯,指示车辆和行人安全通行.红灯点亮禁止通行,绿灯点亮允许通行.黄灯闪烁提示人们注意交通灯状态即将切换.

    1.1、系统硬件电路的设计

    利用单片机设计应用系统应考虑在满足设计要求的前提下,硬件电路要尽可能地简单,最大限度地用程序设计完成系统的各项功能.因此本文以STC89C52单片机为控制核心,设计交通灯的控制系统.在该系统中STC89C52和外围电路的各个模块进行信息交流并且进行相应的控制,系统组成框图如图1所示.

    8e48acd281e1b84ea864c8043abbe096.png

    图1 交通灯系统组成框图

    该系统由时钟电路、复位电路、控制系统电路、LED交通灯显示电路、七段数码管显示时间电路、自动和手动按键控制电路等组成.主控制器采用STC89C52单片机.P1口设置红、绿灯点亮和黄灯闪烁的功能,P0、P2口来显示时间,P3口设置系统工作模式.用发光二极管实现交通灯的红绿黄灯,时间的显示则采用七段数码管实现.

    1.2、系统软件电路的设计

    1)LED交通灯显示模块

    89C52单片机P1口对LED交通灯进行控制,在不同的状态时控制相应的LED交通灯状态.

    2)数码管显示模块

    89C52单片机P0口进行时间倒计时段选,P2.0~P2.3端口进行数码管时间显示位选,用T2中断定时每2ms对七段数码管刷新一次.

    3)键盘控制模块

    89C52单片机P3.0~P3.3口与P3.6口外部键盘控制交通灯自动和手动状态及手动控制时的不同状态进行实时扫描,进入相应的运行状态.

    2、系统工作模式

    2.1、自动控制模式

    本系统启动为自动控制模式.最初为南北直行方向导通即直行为绿灯,其余为红灯,并且数码管从15s开始倒计时,当倒计时至8s时黄灯开始闪烁(1s完成闪烁一次),闪烁3s后,即倒计时至5s时,南北方向左转和右转变为绿灯,直行为红灯;当倒计时至0s时,路口进入禁行等待状态,即绿灯全部熄灭红灯点亮,并且数码管从3s开始倒计时,同时黄灯开始闪烁3s;当倒计时再次为0s,黄灯闪烁完毕后,南北方向数码管从18s开始倒计时,同时东西直行方向导通即为绿灯,其余为红灯,并且数码管从15s开始倒计时,当倒计时至8s时黄灯开始闪烁(1s完成闪烁一次),闪烁3s后,即倒计时至5s时,东西方向左转和右转变为绿灯,直行为红灯;当倒计时至0s时,路口进入禁行等待状态,即绿灯全部熄灭红灯点亮,并且数码管从3s开始倒计时,同时黄灯开始闪烁3s;当倒计时再次为0s,黄灯闪烁完毕后,东西方向数码管从18s开始倒计时,同时南北直行方向导通即为绿灯,其余为红灯,并且数码管从15s开始倒计时,以此方式循环.

    2.2、手动控制模式

    1)当系统工作在自动模式时,如果按下当前正在导通状态的手动控制按键时,系统直接进入该导通状态,并且南北和东西方向的数码管均显示99;如果按下不是当前正在导通状态的手动控制按键时,系统将对当前正在导通的状态进行3s的黄灯闪烁倒计时状态,当倒计时结束后,系统将进入所按下的键的导通状态,同时南北和东西方向的数码管均显示99;此时再按下其余的手动控制按键时,系统将进入所按下的键的导通状态.

    2)当系统工作在手动模式时,如果按下自动控制按键时,系统将对当前正在导通的状态进行3s的黄灯闪烁倒计时状态,当倒计时结束后,系统将进入最初的自动控制模式.

    3)当系统工作时,如果系统处在南北直行方向导通时,此时南北方向的人行横道导通,人们可以通过人行横道穿越东西方向的人行横道;同理如果系统处在东西直行方向导通时,此时东西方向的人行横道导通,人们可以通过人行横道穿越南北方向的人行横道.

    3、Proteus仿真设计

    通过Proteus软件对系统硬件设计和软件设计结合仿真,程序代码通过Keil编辑、编译后生成HEX文件,然后通过点击单片机加载程序,实现硬件与程序的结合仿真.系统仿真结果如图2所示.

    de9eba084e8d4e423babcf8a5155e907.png

    图2 基于Proteus和Keil的仿真结果

    本文设计的交通灯控制系统以单片机STC89S52为主控制器,利用Proteus软件绘制硬件电路,利用Keil进行编程,然后进行整合仿真,实现了预定的功能.本系统分别在每一路,即南北和东西方向分别设有三路交通信号灯进行控制,即左转红绿灯、直行红绿灯、右行红绿灯,每个方向的三路交通灯同时运行.除此之外,本系统还设置了自动和手动两种模式可供选择,一般情况下,本系统在自动状态下运行,如果在交通运行高峰时,交警就会进行疏导,在此时,交警可以将本系统切换到手动模式,对交通进行疏导,特别适合在炎热和阴雨等不好的天气状况.本系统实用性较强、操作相对简单、扩展功能较强并且成本较低、功耗小,具有非常广泛的应用前景。

    展开全文
  • 为此,采用MCS-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制电路,配以七段共阴极数码管显示时间的显示模块,交通灯显示模块,调时模块,晶振电路,复位电路以及控制电路,实现根据实际车流量通过AT89C51芯片的P3...

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交通信号灯控制电路设计