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標題: 原創(chuàng)Multisim交通燈控制器設計報告附仿真工程文件 [打印本頁]

作者: zhaodongff 時間: 2018-9-3 11:38
標題: 原創(chuàng)Multisim交通燈控制器設計報告附仿真工程文件
原創(chuàng)交通燈控制器設計分享給大家
基本multisim12設計實現(xiàn)，包含原理圖和設計文檔

二、設計框圖及電路系統(tǒng)概述

三、各單元電路的設計方案及原理說明、參數(shù)計算

四、調試過程及結果分析

五、設計、安裝及調試中的體會

參考文獻

附錄（設計電路圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等

1.2.10在一個具有主、支干道的十字路口，設計一個交通燈自動控制裝置。紅燈 (R) 亮表示該條道路禁止通行，黃燈( Y）亮為過渡，使行駛中的車輛有時間停到禁止線以外，綠燈(G)亮表示該條道路允許通行.概念圖如下。

圖1 交通信號燈的概念圖

在一個十字路口，設計一個交通燈自動控制裝置存在主、支干道。紅燈(R)亮表示該條道路禁止通行，黃燈(Y)亮作為警示通行，綠燈(G)亮表示該條道路允許通行。具體實現(xiàn)的要求如下：

1．十字路口兩條公路優(yōu)先級不同，分主支干道，主干道經(jīng)常通行，支干道有車才通行。

2．主、支干道均有車時，兩者交替通行，并實現(xiàn)主干道每次至少放行30秒（即綠燈30s），支干道每次最多放行20秒（即綠燈20s）；采用傳感器分別監(jiān)測主、支干道是否有車，有車時向主控制器發(fā)出信號，實驗中用邏輯開關代替。

3．每次綠燈變紅燈時，要求黃燈先亮5秒，此時原紅燈不變；

4．設計5秒、20秒、30秒計時的譯碼顯示電路，每秒改變一次顯示數(shù)字。

5．當任意一條路上出現(xiàn)特殊情況，如消防車、救護車或其它需要優(yōu)先放行的車輛時，各方向上均為紅燈，計時停止。當特殊運行狀態(tài)結束后，控制器恢復原來狀態(tài)，繼續(xù)正常運行。用邏輯開關模擬有無特殊情況。

二、系統(tǒng)設計概述及設計框圖

2.1.1系統(tǒng)設計概述：該系統(tǒng)由主控電路來控制計時器和驅動電路，而cp脈沖控制主控制器的有效和無效輸出，并且由開關來代替?zhèn)鞲衅鲗崿F(xiàn)主支干道有無車流的模擬。主控制器無法直接控制信號燈，而需譯碼電路轉化成有效值進而控制信號燈的明滅。總體電路設計思路和框圖如下所示。

2.1.2 原理框圖如圖所示

圖2.交通信號燈設計原理框圖

三、各單元電路的設計方案及原理說明、參數(shù)計算

第一個設計

3.1計時器的設計

本設計一共需要五個計數(shù)器，選擇較為簡單的十六進制計數(shù)器74LS192D，用置數(shù)法分別設計出五進制計數(shù)器、二十進制計數(shù)器、三十進制計數(shù)器。置數(shù)方法為同步反饋置數(shù)，原理圖如下圖所示。

圖3.30進制計數(shù)器原理圖

圖4.5進制計數(shù)器

圖5.20進制計數(shù)器

3.2主控器的設計

3.2.1信號燈狀態(tài)與車道運行狀態(tài)如下：

S1：主路的綠燈亮，車道通行；支路的紅燈亮，車道禁止通行

S2：主路的黃燈亮，車道緩行；支路的紅燈亮，車道禁止通行

S3：主路的紅燈亮，車道禁止通行；支路的綠燈亮，車道通行

S4：主路的紅燈亮，車道禁止通行；支路的黃燈亮，車道緩行

規(guī)定：

G=1：主路綠燈亮 Y=1：主路黃燈亮 R=1：主路紅燈亮

G支=1：支路綠燈亮 Y支=1：支路黃燈亮 R支=1：支路紅燈亮

TL：30秒計時器 TS：20秒計時器 TP：5秒計時器

傳感器用開關代替：

主干道是否有車:L表示，1表示有車，0表示無車；

支干道是否有車:S表示，1表示有車，0表示無車；

是否有特殊情況:T表示，1表示有，0表示無。

3.2.2狀態(tài)裝換圖和狀態(tài)裝換圖

圖6.主支干道狀態(tài)轉換圖

圖7.狀態(tài)轉換表

一共有四個狀態(tài)用兩個JK觸發(fā)器實現(xiàn)，畫出卡諾圖化簡得

圖8.主控制器電路圖

3.2.3譯碼驅動電路的設計

現(xiàn)態(tài)	次態(tài)	計時器	信號燈初態(tài)		觸發(fā)器
Q2n Q1n	Q2n+1Q1n+1	TL TS TP	G Y R	G支Y支R支	J2	K2	J1	K1
0 0	0 1	1 0 0	1 0 0	0 0 1	0	X	1	X
0 1	1 1	0 0 1	0 1 0	0 0 1	1	X	X	0
1 1	1 0	0 1 0	0 0 1	1 0 0	X	0	X	1
1 0	0 0	0 0 1	0 0 1	0 1 0	X	1	0	X
X X	X X	X XX	0 0 1	0 0 1	X	X	X	X

R=S(

)+T

G支=(

LS+

Y支=

R支=

L-+

圖9.譯碼驅動電路

圖10.交通信號燈總電路圖

設計（綜合實驗）文檔

四、調試過程及結果分析

4.1主、支車道均無車：主道綠燈，支道紅燈

圖11.主支車道均無車的開關控制和交通燈情況

4.2主、支干道一方有車，一方無車，有車的一方通行

4.2.1主干道有車，支干道無車：主道綠燈亮，支道紅燈亮

圖12.主干道有車，支干道無車的開關控制和交通燈情況

4.2.2主干道無車，支干道有車：主道紅燈亮，支道綠燈亮

圖12.主干道無車，支干道有車的開關控制和交通燈情

4.2主、支干道均有車時

主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，30s倒計時開始

主干道黃燈亮，支干紅燈亮，5s倒計時開始

主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，20s倒計時開始

主干道紅燈亮，支干道黃燈亮，20s倒計時開始

設計（綜合實驗）文檔

1.第二個設計：

1.1控制電路：用兩片74LS192N實現(xiàn)30s倒計時到0s，因為項目所需的計時為60s計時，而可以有規(guī)律的把60s分成兩段相等的30s來實現(xiàn)電路的功能，不妨設置一個D觸發(fā)器連接到兩片192計數(shù)器的置數(shù)端，實現(xiàn)30s到0s之后，兩片192計數(shù)器重新置30，而D觸發(fā)器此時翻轉一次，也就是D觸發(fā)器狀態(tài)的改變從而實現(xiàn)兩個30s控制的60進制循環(huán)。

圖12.兩片192計數(shù)器實現(xiàn)30秒倒計時圖13.D觸發(fā)器實現(xiàn)兩個30秒周期循環(huán)

1.2輸出電路：其中支路由低電平（ground）和BUS STOP線連接子電路實現(xiàn)輸出，來控制顯示數(shù)碼管的示數(shù)和交通信號燈的開和滅；主電路由高電平（VCC）和mode端以及連接禁行端，實現(xiàn)強制手動，兩個方向全部禁止通行，計時器停止。

圖13.輸出連接子電路，實現(xiàn)控制發(fā)光二極管和交通信號燈

1.3子電路：分為五個大板塊，分別為黃燈信號篩選，綠燈30-5計時調整--十位/個位，紅黃/綠燈計時信號輸出選擇和紅黃綠信號組合輸出。

圖14.子電路圖

1.4調試過程及結果分析：

1.4.1當禁止開關斷開時，電路正常運行，主路30s紅燈則支路為25s綠燈和5s黃燈，反之，支路30s紅燈則表示主路為25s綠燈和5s黃燈。

圖15.電路正常運行時的四種狀態(tài)

1.4.2當禁止開關閉合時，交通信號燈電路不能正常運行，而是按照要求實現(xiàn)強制手動（開關模擬），兩個方向全部禁止通行，且計時器停止計數(shù)。

圖15.禁行開關閉合后兩端禁止通行且計時器停止計數(shù)

五、設計、安裝及調試中的體會

說到心得體會，那可真是太多了，剛開始拿到直接就是一籌莫展，不知道從何下手，周二考完試周三才開始著手做自己的設計，時間緊任務重。剛剛學完電子知識的我們也許書本知識掌握的很強，但是真正運用到實際之中還是顯得知識的匱乏，一個大項目下有很多簡簡單單的小項目，開始時本以為很簡單就可以做到最后一步，真正入手開始做了之后才發(fā)現(xiàn)每一步都是難點。最開始設計倒計時的計數(shù)器就出現(xiàn)了很多問題，移動計數(shù)器之后連線發(fā)生變化導致計數(shù)器不正常工作、如何實現(xiàn)幾個192計數(shù)器之間的級聯(lián)；再到后來的如何控制信號燈的明滅；再到最后的如何實現(xiàn)高級功能，這些便都是我在自己操作的時候出現(xiàn)的問題，小問題更不用說了，電路一復雜起來各個功能電路之間的連線就變得非常復雜，難免會多一根少一根線，而在總電路框圖之下這種問題又非常難發(fā)現(xiàn)，所以經(jīng)常導致仿真出不來預期效果，還有類似的連錯線，連錯端口等等類似的問題。

兩天時間著實太短了，剛有一點思路就發(fā)現(xiàn)完全實現(xiàn)自己的思路來搭建電路幾乎不可能，于是便借鑒了網(wǎng)上，參考文獻和往期學長們的電路作為參考，我也發(fā)現(xiàn)了許許多多問題，例如網(wǎng)上的電路運行不出來而且不知道是哪里出了差錯；書上的電路圖和項目稍有差別電路圖就完完全全不能等同，成功的學長學姐們的電路固然值得我們學習，但是電路難度大，復雜程度高，值得借鑒的地方也有限，以及我一直慌慌張張的按照參考書和學長們的電路進行修改，到最后才發(fā)現(xiàn)項目要求的秒數(shù)和我設計的不一樣，而已經(jīng)沒有時間再供我修改和一遍遍的試錯和仿真了，望老師諒解。

我覺得這是一個很好的機會，通過這次實驗我也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，平時驕傲自滿于自己學的書本上的知識，實驗想水就水，總是感覺動手能力不像考試那么重要，其實恰恰相反，真正離開大學校園之后，動手能力反而比書本上的知識重要的多，所以在之后的大學生活之中，我應該努力的增強自己的動手實踐能力，做到自己不但理解了書本上的概念，更會在實際之中舉一反三的應用。希望電子設計可以再多給一些時間，不要和考試沖突，這樣在時間上就滿足了我完成自己想法的條件，也不用擔心時間不夠用。

通過這短短兩天的時間，我也明白了很多道理，例如做任何事情都要認真仔細，上課認真聽講，認真聽取實驗要求，否則會花更多的時間才會做到其他人在較短時間內(nèi)就能達到的效果。電子設計非常有利于提高我們的思考能力，鍛煉我們把理論與實踐相結合的能力，同時也豐富了我們的業(yè)余生活，提高我們對知識的深層理解能力。不能輕易放棄，找出自己不清楚的點，查閱書籍資料，在做不出來的時候可以換一個思路想一想，或者先設計別的部分的電路，借鑒他人成功的經(jīng)驗也是很有效的方法。總的來說，我覺得這樣的綜合設計很有意義，倘若時間再充足一點就更好了。也希望自己能在這小小的設計之中看出自己體現(xiàn)的缺點和不足，努力改正，也希望自己在下一步可以做的更好。

由衷感謝趙東老師對我們的指導和嚴格要求，您辛苦了。

參考文獻

[1] 彭介華《電子技術設計指導》北京：高等教育出版社

[2] 孫梅生，李美鶯，徐振英《電子技術基礎設計》北京：高等教育出版社

[3] 文亞鳳，王赟，張瑞華《電子技術基礎》北京：高等教育出版社

[4] 閻石《數(shù)字電子技術基礎》北京：高等教育出版社

[5] 宋衛(wèi)海，楊現(xiàn)德《數(shù)字電子技術》北京：北京大學出版社

附錄（設計電路圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等）

DCD-HEX自帶譯碼器的7段數(shù)碼管

74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：上圖為74LS192的引腳排列及邏輯符號（a）引腳排列 (b) 邏輯符號圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。

仿真工程文件包：