1、交通控制灯实验报告一、实验项目名称：交通控制灯二、设计内容及要求本实验是实现对十字路口交通控制灯的设计，要求东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，东西通车 30s；东西方向黄灯闪烁，南北方向红灯亮，时间 2s；南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，南北通车 30s；南北黄灯闪烁，东西方向红灯亮，时间 2s；继续重复以上步骤。三、方案论证用 Multisim 来仿真操作简单，可视化程度高，容易检查出电路错误，以便及时修改四、电路原理简介：（1）分析系统的逻辑功能交通灯定时控制系统的原理框图如图 1 所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时
2、钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中：TL ：表示东西方向或南北方向绿灯亮的时间间隔为 30 秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，T L=1，否则 TL=0。TY ：表示黄灯亮的时间间隔为 2 秒。定时时间到，T Y=1，否则，T Y=0。黄灯闪烁感可以让灯的输入与 1hz 信号相与得到。 （0.5 秒亮，0.5 秒灭，共 2 秒）ST ：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号，使定时器清零，由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。（2）交通灯控制系统的算法状态机控制器应送出东西南北
3、车道红、黄、绿灯的控制信号。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：东西绿灯亮；BG=1：南北绿灯亮；AY=1：东西黄灯亮；BY=1：南北黄灯亮；AR=1：东西红灯亮； BR=1：南北红灯亮。控制器状态 信号灯状态 车道运行状态S0(00)S1(01)S3(11)S2(10)东西绿，南北红东西黄，南北红东西红，南北绿东西红，南北黄东西通行，南北禁止通行东西缓行，南北禁止通行东西禁止通行，南北通行东西禁止通行，南北缓行（3）单元电路的设计定时器定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号 ST 作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始
4、进行增 1 计数，向控制器提供模 2 的定时信号 TY 和模 30 的定时信号 TL。控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从 ASM 图可以列出控制器的状态转换表，如表 2 所示：表 2输 入 输 出现 态 状态转换条件 次 态 状态转换信号nQ1n0TL TY1nQ0ST0 00 00 10 11 11 11 01 00 X1 XX 0X 10 X1 XX 0X 10 00 10 11 11 11 01 00 001010101根据转换表可得：Q1*=Q1Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0TyQ0*=Q1Q0Tl+Q1Q0+Q1Q0TlST=Q1Q0T
5、l+Q1Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0Ty译码器译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、Q 0 的 4 种工作状态翻译成车道上的 6 个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表 3 所示。表 3Q1Q0 AG AY AR BG BY BR000111101 0 00 1 00 0 10 0 10 0 10 0 11 0 00 1 0根据表格可得：AG=Q1Q0 AY=Q1Q0 AR=Q1BG=Q1Q0 BY=Q1Q0 BR=Q1五、单元电路的设计：1、脉冲发生器的设计以 555 定时器接外接电路形成多谐振荡器，发出频率为 1Hz 的脉冲信号，用作计数器及 D触发器的
6、clk 信号。由脉冲频率公式：f=1（R1+2R2）C2选择 R2 远大于 R1 可以使输出的 clk 信号的占空比趋近于 50%。要使 f=1Hz，可选择 R1=2K，R2=70K，C=10F，形成电路图如图。2、计数电路的设计用 74ls163 为计数器。要产生 30 秒的清零信号 TL 及 2 秒的清零信号 TY，需将输出分别接成 29 及 1 的输出，由控制电路产生并选择清零信号 ST。计数电路如图。3、控制电路的设计用一个双数据选择器 74ls153 对 TL 及 TY 信号进行选择，输出控制清零信号 ST；另一个74ls153 与一个双 D 触发器 74ls74 相接，形成控制亮灯
7、信号 Q1、Q0。Q1*=Q1Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0TyQ0*=Q1Q0Tl+Q1Q0+Q1Q0TlST=Q1Q0Tl+Q1Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0Ty4、显示电路的设计利用表 3 数据，可得AG=Q1Q0 AY=Q1Q0 AR=Q1BG=Q1Q0 BY=Q1Q0 BR=Q1六、总设计电路图七、实验数据整理及结果分析由设计的总电路图，在 Multisim 上仿真结果与实验设计原理完全相符。仿真开始后，AG 与 BR 同时亮 30 秒，然后 AG 灭同时 AY 均匀闪烁两秒，然后 AY灭 AR 亮 BG 亮 30 秒，然后 BG 灭 BY 均匀闪烁两秒。然后 BY 灭 AG 与 BR 同时亮，循环。八、设计过程中的问题及解决方案用公式 f=1（R1+2R2）C2 得出的频率为 1Hz，但在 Multisim 软件中用示波器无法观察到正确的波形。通过调整正确的水平时基后可观察到正确的 1hz 脉冲。九、实验结论用 555 定时器构成多谐振荡器能够产生数字电路的时钟脉冲信号源，脉冲输入计数器可以作为任意数的定时器。利用定时输出可以选择电路的状态及状态的变化，最后将状态译码可以控制交通灯的明亮顺序。
