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交通灯控制电路设计


海口经济学院 信息工程学院项目实训报告

实训项目名称:

交通信号灯控制器设计

项目实训时间:2013 年 3 月 4 日至 2013 年 4 月 12 日 实训指导教师: 专业(方向): 年 班 姓 学 级: 级: 名: 号: 电子信息工程(软件方向) 2009 级

2013 年 4 月 8 日

项 目 实 训 须 知
一、安全第一。学生必须严格遵守国家政策法令及学校的有关规章 制度,严格遵守实训考勤制度和劳动纪律,严格遵守工作规程。 二、项目实训报告按实训的实际情况编写,着重工程项目的需求分 析、工程结构图(E-R 图或拓扑图) 、设计实施、测试修改、总结收获等。 三、项目实训报告的主体内容要求思路清晰,合乎逻辑,用语简洁 准确;内容务求客观、科学,要尽量让事实和数据说话。凡是用简要的 文字能够讲清楚的内容,应用文字陈述。用文字不容易说明白或说起来 比较繁琐的,应用表或图来陈述。 四、项目实训总结是实训过程的总体结论,主要回答“收获和体会 是什么”,是项目实训成果的归纳和总结,也包括指出项目的不足或待 完善改进的地方。 五、项目实训报告版面要求:字数不少于 5000 字。用 Word 排版及 标准 A4 打印纸进行打印。页面上、下、右边距均为 2.5 厘米,左边距为 3 厘米。报告正文部分行间距为“1.5 倍行距”。正文部分文字采用宋体、 小四号,正文中一级标题采用宋体、四号、加粗,二级标题采用宋体、 小四加粗,三级以后标题均采用宋体、小四。 六、项目实训结束后需按要求上交本报告及完整的项目工程文件。 七、项目实训成绩依据学生的实训表现、完成的工程项目质量、撰 写报告等方面的综合情况,由指导教师进行成绩评定。成绩按优秀、良 好、中等、及格、不及格五级制评定。不参加实训的,或不按要求填写 本报告的,项目实训成绩以不合格计。

一、项目实训目的
1、当今时代是一个自动化时代,交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。 因此,一个好的交通灯控制系统,将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随 着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展,以及人工智能在控制技术方面的广泛运 用,智能设备有了很大的发展,是现代科技发展的主流方向。

2、EDA 技术的一个重要特征就是使用硬件描述语言(HDL)来完成系统的设计文件, 应 用 VHDL 的数字电路实验降低了数字系统的设计难度,这在电子设计领域已得到设计 者的广泛采用。本设计就是针对交通信号灯控制器的设计问题,提出了基于 VHDL 语 言的交通信号灯系统的硬件实现方法。通过对系统进行结构分析,采用了层次化的设 计方法, 给出了各个模块的 VHDL 程序, 并且利用 Max PlusⅡ对应用程序进行了仿真, 并给出了相应的仿真结果。在用 VHDL 语言进行电路设计时,应充分认识到 VHDL 语 言的特点,从设计思想、语句运用及描述方法上等多方面对电路进行优化设计。通过电 路优化设计,可以使用规模更小的可编程逻辑芯片,从而降低系统成本。

3、本课程设计是在学完 EDA 原理及课程之后综合利用所学 EDA 知识完成一个 EDA 应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要任务是通过解决实际问题,巩固和 加深 “ 电子设计自动化应用技术 ” 课程中所学的理论知识和实验能力,基本掌握基于 VHDL 语言应用电路的一般设计方法,提高电子电路的设计和实验能力。

二、项目实训内容(需求分析、E-R 图或拓扑图、设计实施、测试修改等)
1、总体思路 一 般 情 况 下 十 字 路 口 东 西 方 向 和 南 北 方 向 的 车 流 量 不 同 ,所 以 为 各 方 向分配的时间也不同。显然,分三步控制不能达到让各方向时间不同的 目的,所以我们选择分四个步骤: (1) 南 北 方 向 绿 灯 亮 60 秒 , 东 西 方 向 红 灯 亮 60 秒 ; (2) 南 北 方 向 黄 灯 亮 4 秒 , 东 西 方 向 继 续 亮 红 4 秒 ; (3) 南 北 方 向 红 灯 亮 30 秒 , 东 西 方 向 绿 灯 亮 30 秒 ; (4) 南 北 方 向 继 续 红 灯 , 东 西 方 向 黄 灯 亮 4 秒 。 流程如下图所示:

南北 : 绿灯(60s) 东西 : 红灯(60s)

黄灯(4s) 红灯(4s)

红灯 (30s) 绿灯(30s)

红灯(4s) 黄灯(4s)

我们可以用两个十进制减法计数器做一个 100 进制以内的倒计时器,当计数到零时, 发出一个借位信号给一个四进制步骤控制器,步骤控制器控制逻辑电路输出下一个时 间给倒计时器的置数端,如此循环下去。同时,步骤控制器也控制交通灯的明暗。 2、程序控制流程
时间显示器

秒脉冲 秒脉冲

减法计数器 减法计数器 逻辑电路 步骤控制器 交通灯控制电路

3、电路所用元件简介 (一) 74ls192 十进制逆时计数器 1、 74ls192 的引脚图:

2、74ls192 的功能表:

它的主要功能为: ① CPU 为加计数时钟输入端,CPD 为减计数时钟输入端。 ② LD 为预置输入控制端,异步预置。 ③ CR 为复位输入端,高电平有效,异步清除。 ④ CO 为进位输出:1001 状态后负脉冲输出, ⑤ BO 为借位输出:0000 状态后负脉冲输出。

(二) 74ls02 或非门 1、74ls02 的引脚图:

2、74ls02 的功能表

74ls02 引脚功能: 实现 2 输入四或非门功能,常用于各种数字电路中 (三) 74ls04 六非门 1、74ls04 的引脚图 :

2、74ls04 的功能: 74ls04 是 6 非门(反相器)他的工作电压 5V, 他的内部含有 6 个 coms,反相器的作用就是 反相把 1 变成 0。 (四) 74ls32 四 2 输入或门 1、74ls32 的引脚图 :

2、74ls32 的功能: 74ls32 是四 2 输入或门,常用在各种数字电路以及单片机系统中。 表达式为:Y=A B 引脚排列图管脚功能:左下 1--1A,2--1B, 3--1Y;4--2A,5--2B,6--2Y;7--GND; 右起:右上 8--3Y,9--3A,10--3B;11--4Y,12--4A, 13--4B;14--VCC 其中 A,B 为输入端,Y 为输出端,GND 为电源负极,VCC 为电源正极

(五) 74ls00 四 2 输入与非门 1、74ls00 的注脚:

2、74ls00 的真值表:

3、74ls00 的功能: 74LS00(二输入与非) 、74LS02(二输入或非) 、74LS04(非) 、74LS08(二输入与) 、 74LS32(二输入或)在此不做介绍 4、总电路设计 总电路图如下

交通灯控制电路 译码器发出的高低电平信号,即为步骤信号,控制着交通灯的明灭。 电路图如下所示:

为 了 实 现 交 通 灯 的 闪 烁 功 能 , 接 入 一 个 手 动 开 关 , 即 可 在 6-22 点 时 间 段 输 出 高 电 平 信 号 ,在 22-6 点 时 间 段 输 出 低 电 平 信 号 。该 信 号 与 译 码 器 的 红 绿 灯 信 号 一 起 接 到 一 个 与 门 ,起 到 开 关 的 作 用 , 6-22 点 允 许 译 码 器 的 信 号 通 过 , 22-6 点 关 闭 信 号 灯 。同 时 ,该 信 号 反 相 后 与 译 码 器 的 黄 灯 信 号 一起接到一个或门。 6-22 点 为 低 电 平 信 号 , 黄灯由译码器的信号控制; 22-6 点 为 高 电 平 信 号 ,黄 灯 一 直 工 作 ,不 论 译 码 器 是 什 么 信 号 。而 且 ,控 制 黄 灯的信号和秒脉冲的信号接入一个与门后,即可实现黄灯闪烁的功能 5、电路安装与调试 ( 一 ) 电路安装 考 虑 到 如 果 整 体 电 路 都 安 装 好 后 在 检 查 调 试 电 路 会 很 麻 烦 ,而 且 比 较 难 找 出 问 题 出 在 哪 ,所 以 我 们 分 步 安 装 调 试 检 查 。首 先 我 们 确 认 所 有 元 器 件 都 是完好的、芯片无引脚掉落并且工作正常,所有导线无损坏。 (二) 电路调试 1、调试方法 ① 通电观察 把经过准确测量的元件接好电路。观察有无异常现象,包括有无冒烟,是否有异常气 味,手摸器件是否发烫,电源是否有短路现象等。如果出项异常,应急时切掉电源, 彻底排除故障后才能通电。然后测量各电路总电源电压和期间的引脚的点电压,以保 证元器件的正常。 ② 静态调试: 在没有外加信号的条件下进行调试。本次课程设计主要是通过静态测试数字电路的各 输入端和输出端的高低电平及其逻辑关系,可以即时发现已经损坏的元器件,判断电

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