1、 交通灯信号控制器仿真设计08 机电 2 班 张丽云 08111160411.前言城市十字交叉路口为确保车辆、行人安全有序地通过，都设有指挥信号灯。交通信号灯的出现，使交通得以有效地管制，对于疏导交通、减少交通事故有明显的效果。现有 2条主干道汇合点形成十字交叉口，为确保车辆安全、迅速的通行，在交叉路口的每条道上设置一组交通灯，交通灯由红、黄、绿 3 色组成。红灯亮表示此通道禁止车辆通过路口；黄灯亮表示此通道未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该通道车辆可以通行。要求设计一交通灯控制电路以控制十字路口两组交通灯的状态转换，指挥车辆安全通行。2、功能要求2.1 东西方向
2、车道和南北方向车道两天交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为45s，时间可设置修改；2.2 绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮 5s，而且每秒闪亮一次，才能变换车道运行；2.3 除红绿灯外，每一种灯亮的时间都用显示器采用倒计时方式进行显示。3、电路设计S0：东西方向车道的绿灯亮，车道通行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行；S1：东西方向车道的黄灯亮，车辆缓行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行；S2：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车辆通行；S3：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车辆缓行；用以下六个符号分别代表东西（A ） 、南北（B）方向
3、上各灯的状态：GA=1：东西方向车道的绿灯亮；YA=1：东西方向车道的黄灯亮；RA=1：东西方向车道的红灯亮；GB=1：南北方向车道的绿灯亮；YB=1：南北方向车道的黄灯亮；RB=1：南北方向车道的红灯亮。3.1 信号灯的装换设编码状态为 S0=00、S1=01、S2=11、S3=10，其输出为 Q1、Q0表 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 10 1 1 1 0 1 0 0 0 11 1 1 0 0 0 1 1 0 01 0 0 0 0 0 1 0 1 0状 态 编 码 与 信 号 灯 关 系 表现 态 次 态 输 出nQ1nAGBYGARRY由表 1 可以得出信号灯状态的逻辑表达式：
4、= = =AGnQ10AYn1Q0ARn1= = =BGnQ10BYn1Q0BRn1由特性方程：= + 10nn01n0= +1= J + nQnK可得 = ， = ； = ， =0101JnQ01n0按以上分析连接电路：U13A7473N1J14 1CLK1 1Q 121K31CLR21Q 13U14A7473N1J14 1CLK1 1Q 121K31CLR21Q 13U15A7408NU16A7408NU17A7408NU18A7408NVCC5V X1 2.5 VX22.5 VX32.5 VX42.5 VX52.5 VX62.5 VV1100 Hz 5 V 图 13.2 倒计时计数器计数
5、器选用集成电路 74190。74190 是十进制同步可逆计算器，具有异步并行置数功能、保持功能。由于 74190 没有专用的清零输入端，要借用 、 、 、 的输出数据间DQcBA接的实现清零功能。功能表如下： 表 2CLK A B C D0 A B C D0 1 1 减 计 数0 0 1 加 计 数1 1 0 0 0 074190的 功 能 表CTENUDOQ要实现 45s 的倒计时，需选用两个 74190 芯片级联成一个从 99 到 00 的计数器，其中作为个位数的 74190 芯片的 CLK 接秒脉冲发生器，再把个位数 74190 芯片输出端 、AQ用一个与门连起来，再接在十位数 7419
6、0 芯片的 CLK 端。当个位数减到 0 时，再减 1DQ就会变成 9，0（0000）和 9（1001）之间的 、 同时由 0 变为 1，把 、 与起来AQDAQD接在十位数 74190 芯片的 CLK 端，此时会给十位数 74190 芯片一个脉冲数字减 1，相当于借位。预置数功能功能：用 8 个开关分别接十位数 74190 芯片的 D、C、B、A 端和个位数74190 芯片的 D、C、B、A 端。预置数的范围为 199。断开相当于接 0，合上相当于接1。按照表 2，CTEN 端接低电频，加/ 减计数控制端 D/U 接高电频实现减计数，预置端LOAD 接高电频时计数，接低电频时预置数。因此，工
7、作开始时，LOAD 为 0，计数器预置数，置完数后，LOAD 变为 1，计数器开始倒计时，当倒计时减为 00 时，LOAD 又变为0，计数器又预置数，如此循环下去。此功能可以借助两个 4 输入的或非门连接，然后再用一个与非门连接来完成。连接后电路图如下所示：U1DCD_HEX_YELLOWU2DCD_HEX_YELLOWVCC5VU374190NA15 B1C10 D9U/D5QA 3QB 2QC 6QD 7CTEN4 LOAD11RCO 13MAX/MIN 12CLK14U474190NA15 B1C10 D9U/D5QA 3QB 2QC 6QD 7CTEN4 LOAD11RCO 13MAX
8、/MIN 12CLK14U5A4002BD_5VU6A4002BD_5VU7A7408NV1100 Hz 5 V J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8U8A7400N图 23.3 倒计时计数器与信号灯转换器的连接倒计时计数器向信号灯转换器提供定时信号 T5 和定时信号 T0 以实现信号灯的转换。T0 表示倒计时减到 00（即绿灯的预置时间，因为到 00 时，计数器重新置数） ，此时给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转变，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把个位、十位计数器的输出端 、 、 、 分别用一个 4 输入或非门连起来，AQBcD再把这两个 4 输入或非门的输出用
9、一个与门连起来。T5 表示倒计时减为 05 时，给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转变，绿灯变黄灯，红灯不变。接法为：当减到数 05 时，把十位计数器的输出端 、 、 、 分别用一个 4 输入或非门连起来，个位计数器ABcD的输出端 、 用一个两输入或非门连起来，再把两个或非门与个位计数器的输出端BQD、 用一个四输入与门连起来。最后将 T5 和 T0 两个定时信号用或门连接接入信号灯Ac转换器的时钟端。电路图如下所示：U1DCD_HEX_YELLOWU2DCD_HEX_YELLOWU374190NA15 B1 C10D9U/D5QA 3QB 2QC 6QD 7CTEN4LOAD11 RCO
10、 13MAX/MIN 12CLK14U474190NA15 B1 C10D9U/D5QA 3QB 2QC 6QD 7CTEN4LOAD11 RCO 13MAX/MIN 12CLK14U5A4002BD_5VU6A4002BD_5VU7A7408NV1100 Hz 5 V J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8U8A7400NU9A74LS21NU10A7408NU11A7432NU12A4001BD_5VU13A7473N1J14 1CLK1 1Q 121K31CLR2 1Q13U14A7473N1J14 1CLK1 1Q 121K31CLR2 1Q13U15A7408NU16A740
11、8NU17A7408NU18A7408NU19A7408NU20A7408NV2100 Hz 5 V VCC5VVCC5VRA2.5 VRB2.5 VYB2.5 VYA2.5 VGA2.5 VGB2.5 V图 34电路硬件仿真单击启动按钮，打开开关，东西方向车道绿灯亮，南北方向红灯亮。显示器从预置数45s 减到 5s 时，绿灯转换为黄灯，红灯不变，且黄灯每秒闪一次；减到一秒时，预置数，东西方向车道红灯亮，南北方向绿灯亮，如此循环下去。5分析总结通过这次课程设计，我学到了好多东西。首先是加深了对课本基础知识的理解，其次，通过查阅相关书籍，上网搜索相关资料。拓展了自己的知识范围，了解芯片的功能与使
12、用，Multisim 软件中有好多东西都是这次课程设计中自己学会的。当然，在设计电路过程中也会遇到一些麻烦，比如刚开始时，计数器显示器读秒太慢，改了脉冲信号后才恢复正常；交通灯本来用发光二极管和电阻组成代替，连接相对复杂些，连错了，导致仿真时东西方向除红灯外都不亮，南北方向绿灯亮了 45s，然后转换为黄灯，再亮 45s，红灯不亮；后来改成指示器，东西方向和南北方向的黄灯仅有其中一个会亮，也是改了脉冲信号后，信号灯才正常显示。不过，解决问题过程让能我更好的学习。参考文献：1 实用电子控制电路 方大千、鲍俏伟 编著 国防工业出版社 2 基于 Multisim10 的电子仿真实验与设计 王连英主编 北京邮电大学出版3 数字电子技术 （电子信息工程教科书4 电工学（下册） 高等教育出版社5 Multisim10&Ultiboard10 原理仿真与 PCB 设计 电子工业出版社6 Multisim10 虚拟仿真和业余制版实用技术 黄培根编著 电子工业出版社7 Multisim9 入门及应用庄俊华主编 机械工业出版社8网上查阅
