交通信号灯自动指挥系统的课程设计.doc

交通信号灯自动指挥系统的课程设计
引言
随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素,因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,较以前的方案更为精确
前言

当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
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。
目录
前       言 ……………………………………………………1
一、设计要求……………………………………………………3
二、方案设计……………………………………………………3
三、方案实现……………………………………………………4
四、注意事项……………………………………………………11
五、总    结……………………………………………………11
六、参考文献……………………………………………………12
七、致    谢……………………………………………………12

 交通信号灯自动指挥系统的设计
    信号灯自动指挥系统的是典型的数字电子控制系统。通过系统的设计和仿真实验。我们可以得到电路的系统的综合训练，设计十字路口主干道和一些小干道的支干组成。四个路口均设有、红、绿、黄、色信号灯和两位8421BCD码的计数、译码显示器。
十字路口交通指挥系统示意图如下:

十字路口交通指挥系统示意图
一、设计任务与要求:
(1)   、支干道交替通行，通行时间均可在0~99s内任意设定。
(2)   没次绿灯换红灯前，黄灯先亮较短时间（也可在0~99s内任意设定），用以等待十字路口内留车辆通过。
(3)   主、支干道通行时间和黄灯亮的时间均由同一两位一百进制减法计数器（按零状态为无效态记数方式计数）顺序定时控制。
(4)   减计数器回零瞬间完成十字路口通行状态的转换（换灯）。
(5)   计数器的状态由显示器件库中的带译码器七段数码管显示，红、黄、绿三色信号灯由显示器件库中的指示灯模拟。
（一）、系统工作流程图与结构框图
设主干道通行时间为N1，支干道通行时间为N2，主、支干道黄灯亮的时间为N3，按主、支干道通行量，通常设置N1>N2>N3。系统工作流程图如图1所示。
图1 、系统工作流程图
根据系统工作流程图，设计系统硬件结构框图如图2所示。
图2 、系统硬件结构框图
（二）      、系统单元电路设计
（1）       状态控制器
     由流程图可见，系统有四种不同的工作状态（S0~S3），选用四位二进制递增集成计数器74163作状态控制器，74163的功能表如图（3）所示，真值表图（4），取低两位输出QB 、QA作状态控制器的输出。状态编码S0、S1、S2、S3分别为00、01、10、11。 
图3 、74163功能表
控制器状态
Qb      QA
主干道
R     Y     G
支干道
r    y    g
0                                           0
0         1
1         0
1         1
0      0       1
0      1       0
1      0       0
1      0       0
1    0     0
1    0     0
0    0     1
0     1    0

图4、 灯控真值表
（2）态译码器
 以状态控制器输出（QB、QA作译码器的输入变量，根据四个不同通行状态对主、支干道三色信号灯的控制要求，列出灯控函数真值表，如表1。
表1  、空函数真值表

由灯控函数真值表可写出六盏灯的逻辑式，经化简获得六盏灯的逻辑式为：
R=QB       r=Q’B
 Y=Q’BQA    y=QBQA
G=Q’BQ’A    g=QBQ’A
根据灯控函数逻辑表达式，可画出与门与非门组成的状态译码器电路，将状态控制器、状态译码器以及模拟三色信号灯相连接，构成三色信号灯逻辑控制电路。
（2）信号灯计时显示逻辑电路
选用两片74190十进制可逆计数器构成2位十进制可预置数的减法计数器。两片计数器之间采用异步级连方式，利用个位计数器的借位输出脉冲（RCO’）直接作为十位计数器的计数脉冲（CLK），个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。选用两只带译码器功能的七段显示数码管实现两位十进制数显示。D1、C1、B1、A1和D0、C0、B0、A0是十位和个位计数器的8421码置数输入端。由74190功能表可知，该计数器在零状态时RCO’端输出低电平。将个位与十位计数器的RCO’端通过或门控制两片计数器的置数控制端LOAD’（低电平有效），从而实现了计数器减计数至“00”状态瞬间完成置数的要求。将数据输入端的8421BCD码置入计数器。可以选择100以内的预置数值，实现0~100S内的计时显示要求。为了简化系统可用“计时显示”替代，将减计数器中或门（OR）输出的置数控制信号由ZS端引出作为状态控制器的状态转换控制脉冲。用子电路表示的具有预置数功能的减计数器。
(4)信号灯顺序定时置数逻辑电路
为使系统简化，如上所述用同一减法计数器分时显示主、支干道通行时间（即主、支干道绿灯亮的时间）和主支干道通行转换中黄灯亮的时间，为此，必须解决好按顺序定时置数问题。8路单向三态传输门74465的功能表如表2所示，选用三片74465可组成按顺序定时置数的控制电路，三片74465输入端分别以8421BCD码形式设定主、支干道通行时间和黄灯亮的时间，输出端分别按高、低位对应关系并联后按D7~D0由高位到低位排列后接到递减计数器的置数输入端。三片74465的选通控制端G2’分别命名为AG’、Ag’和AY’，分别表示主干道的绿灯、支干道的绿灯和黄灯选通（低电平有效），并完成对递减计数器的预置数。三片74465任何时刻只能有一片选通，其他两片输出均处于高阻态。

 表2 、 8路三态传输门74465功能表
（5）秒脉冲发生器秒脉冲发生器可由555多谐振荡器构成。
（6）顺序定时置数控制电路 
     为了使顺序定时置数逻辑电路中的三片74465依次顺序工作，并保证三片74465任何时刻只能有一片选通，其他两片输出端均处于高阻态。需要设计顺序定时置数控制电路，交通信号灯自动指挥系统中与子电路“灯控逻辑”相连接的两个非门、一个或非门可实现这一功能。
（一）、三色信号灯逻辑控制电路
三色信号灯逻辑电路图如图5所示，它主要是由4位二进制递增集成计数器74163作状态控制器构成。
 为了便于调试和系统总图简洁明了，将图5中虚线框内电路用子电路“灯控逻辑”表示。用子电路表示的三色信号灯逻辑控制电路如图6所示。
图5  三色信号灯逻辑电路图
图、6信号灯计时显示逻辑电路
选用两片74190十进制可逆计数器构成2位十进制可预置数的减法计数器如图3.3.1所示。两片计数器之间采用异步级连方式，利用个位计数器的借位输出脉冲（RCO’）直接作为十位计数器的计数脉冲（CLK个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。选用两只带译码器功能的七段显示数码管实现两位十进制数显示。D1、C1、B1、A1和D0、C0、B0、A0是十位和个位计数器的8421码置数输入端。由74190功能表可知，该计数器在零状态时RCO’端输出低电平。将个位与十位计数器的RCO’端通过或门控制两片计数器的置数控制端LOAD’（低电平有效），从而实现了计数器减计数至“00”状态瞬间完成置数的要求。将数据输入端的8421BCD码置入计数器。可以选择100以内的预置数值，实现0~100S内的计时显示要求。
图7、信号灯计时显示路基电路
为了简化系统，将图7中划虚线部分电路用“计时显示”替代，将减计数器中或门（OR）输出的置数控制信号由ZS端引出作为状态控制器的状态转换控制脉冲。用子电路表示的具有预置数功能的减计数器如图8所示。
图、8信号灯计时显示子电路
3.4 信号灯顺序定时置数逻辑电路
为使系统简化，如上所述用同一减法计数器分时显示主、支干道通行时间（即主、支干道绿灯亮的时间）和主支干道通行转换中黄灯亮的时间，为此，必须解决好按顺序定时置数问题。8路单向三态传输门74465的功能表如表9所示，选用三片74465可组成按顺序定时置数的控制电路，如图9所示三片74465输入端分别以8421BCD码形式设定主、支干道通行时间和黄灯亮的时间，输出端分别按高、低位对应关系并联后按D7~D0由高位到低位排列后，接到递减计数器的置数输入端。三片74465的选通控制端G2’分别命名为AG’、Ag’和AY’，分别表示主干道的绿灯、支干道的绿灯和黄灯选通（低电平有效），并完成对递减计数器的预置数。三片74465任何时刻只能有一片选通，其他两片输出均处于高阻态。
表9 、8路三态传输门74465功能表

如图10 、信号灯定时置数逻辑电路
在图3.4.1所示减法计数器顺序定时置数逻辑电路中，将点划线框内的电路用子电路“定时置数”表示，得到简化的顺序定时置数逻辑电路如图11所示。
图11、信号灯定时置数子电路
3.5   秒脉冲发生器
秒脉冲发生器可由555多谐振荡器构成。
3.6 顺序定时置数控制电路 
为了使顺序定时置数逻辑电路中的三片74465依次顺序工作，并保证三片74465任何时刻只能有一片选通，其他两片输出端均处于高阻态。需要设计顺序定时置数控制电路，图12交通信号灯自动指挥系统中与子电路“灯控逻辑”相连接的两个非门、一个或非门可实现这一功能。   
3.7 交通信号灯系统的完成
 将上面所叙述的三色信号灯逻辑控制电路、信号灯计时显示子电路、信号灯定时置数子电路等三个子电路按照一定的原理连接成图，就行成了一个完整的交通信号灯自动指挥系统，如图12所示。
图12 、交通信号灯自动指挥系统

总结：通过对交通灯的设计，我掌握了EWB软件的使用以及如何熟练的、合理的选用集成电路器件。
   通过学习电子技术这门实训课程，我能综合运用电工技术，电子技术课程中的所学到的理论知识来完成数子电子钟的设计和分析电路，学会了在虚拟的环境下创建电路、计算与调整参数，用虚拟电子设备来测电路的仿真的结果，我能灵活的应用EWB软件中的各个单元电路。