十字路口自动红绿灯指挥系统课程设计报告

合肥工业大学课程设计报告

课程设计报告

课程设计名称：十字路口自动红绿灯指挥系统专业班级：

组长：

组员：

成绩：

指导教师：

开课时间：2011~2012 学年一学期

目录

一、设计题目 (1)

二、主要指标及要求 (1)

三、方案选择 (1)

四、工作原理分析 (2)

五、单元模块设计及分析 (2)

5.1控制器设计 (2)

5.2定时器设计 (6)

5.3 时钟信号脉冲发生器设计 (7)

5.4译码器设计 (8)

5.5延时电路设计 (9)

六、总电路图 (10)

七、仿真及结果分析 (11)

八、设计心得 (11)

九、参考文献 (13)

一．设计题目

十字路口自动红绿灯指挥系统

二．主要指标及要求

1.自动完成绿－黄－红－绿－……工作循环；

2.每种信号灯亮的时间不等，如：绿灯亮20秒－黄灯亮5秒－红灯亮15秒，如此循环；

3.用倒计时的方法，数字显示当前信号的剩余时间，提醒行人和司机；

4．(*) 信号灯的时间分别可调，以适应不同路口，不同路段交通流量的需求。

选题的意义：交通信号灯是我们日常生活中常见的，也是交通系统只不可或缺的一部分，选择这个课题有助于我们对交通指挥系统的了解，更有助于我们将理论运用于实际中，对于我们以后进行其余的课题研究有很好的积极作用。

三、方案选择

四、工作原理分析

绿红黄灯工作分三个阶段，即控制器有三个状态T0、T1、T2。在状态T0停留20秒，此间绿灯亮，然后转至状态T1。在状态T1停留5秒，此间黄灯亮。5秒后转至T2，在状态T2下，红灯亮15秒，15秒后返回状态T0。红绿灯控制系统由控制器、定时器、时钟信号脉冲发生器、译码器以及延时电路组成。控制器有3个输入信号：TS=19，TM=4，TL=14；3个状态信号：T0、T1和T2，编码分别为00、01、10，由Q1Q0表示。一个输出信号W：表示状态转换。三个状态信号分别控制绿红黄三种颜色的灯。W是计数器的回零信号。

五、单元模块设计及分析

5.1控制器设计

列出状态转换表如表1所示，由状态转换换表可推出状态方程和状态转换信号如下：

利用中规模集成电路实现控制器。控制器有三个状态，选择两个D触发器F1和F0组成控制时序电路的时序逻辑部分，其驱动方程就是控制器的状态方程，选择2个四选一数据选择器(74LS153)M2、M1组成控制器时序电路的组合逻辑部分。将触发器的现态作为数据选择器的选择变量，即BA=Q1n Q0n,状态转换信号TS、TM、和TL作为数据选择器的输入信号，绿红黄灯控制器的逻辑图如图2所示,图中C0对应TS，C1对应TM，C2对应TL。对于数据选择器M1和M2，设控制器现态Q1n Q0n=BA=00，由选择器M1和M0选择的数据分别为Y2=0，Y1=TS，即Y2Y1=0TS，由状态转换方程可知，正是00的次态，若TS=0，Y2Y1=00，若TS=1，Y2Y1=01；当现态Q1n Q0n=

BA=01，选择器M1、M2选择的数据Y2Y1为TM和TM的非，由状态转换方程可知，正是01状态的次态；同理，当现态Q1n Q0n= BA=10，选择器M1、M2选择的数据Y2Y1为TL的非和0，是10状态的次态。由此可见，数据选择器M1、M2所选择的数据是控制器的次态数据，图2所示的逻辑电路能够满足要求。

74LS153是双向数据选择器：双向是指经过选择，把多路数据中的一组数据传到公共数据线上，实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，74153是一个双四选一的数据选择器，它是由两组四选一数据选择器，共有54/74152、54/74LS153、54/74S153三种线路结构模式。74153的管脚功能表：

表5.1.2

表5.1.3

真值表：

74153管脚图:

7474芯片及其管脚图：

5.2定时器设计

定时器选用可逆计数器74192，它提供19、14、4秒的定时信号分别控制控制器状态的转换，当倒计数到零时，计数器产生的回零信号W提供给控制器的TS、TM、TL，使不同颜色交通灯状态发生跳转。计数器由两片74192构成，由双D触发器的输出Q1Q0决定预置时间，Q1Q0=00时，预置时间为1

秒，Q1Q0=01时，预置时间为14秒，Q1Q0=10时，预置时间为4秒。当倒计数到零时，由两个借位输出端B0产生信号通过延时电路控制LD端置数。具体见图3。

图3：

表5.2.1 74192集成计数器的逻辑功能表：

192 为可预置的十进制同步加/ 减计数器，共有54192/74192，

54LS192/74LS192 两种线路结构形式。其主要电特性的典型值如下：

192 的清除端是异步的。当清除端（LR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能。

192 的预置是异步的。当置入控制端（LD）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（A～D）相一致的状态。

192 的计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在4 个触发器上而实现。在CPD、CPU 上升沿作用下Q0～Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。

5.3 时钟信号脉冲发生器设计

主要用来产生秒脉冲信号。脉冲信号的频率可调，所以可以采用555组成多谐振荡器，其输出脉冲作为下一级的时钟信号。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在5~16V工作，最大负载电流可达200mA，7555可在3~18V 工作，最大负载电流可达4mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。