原创Multisim交通灯控制器设计报告附仿真工程文件

ID:392874 · 发表于 2018-9-3 11:38

原创交通灯控制器设计分享给大家
基本multisim12设计实现，包含原理图和设计文档

二、设计框图及电路系统概述

三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算

四、调试过程及结果分析

五、设计、安装及调试中的体会

参考文献

附录（设计电路图、程序、表格、数据等

1.2.10在一个具有主、支干道的十字路口，设计一个交通灯自动控制装置。红灯 (R) 亮表示该条道路禁止通行，黄灯( Y）亮为过渡，使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，绿灯(G)亮表示该条道路允许通行.概念图如下。

图1 交通信号灯的概念图

在一个十字路口，设计一个交通灯自动控制装置存在主、支干道。红灯(R)亮表示该条道路禁止通行，黄灯(Y)亮作为警示通行，绿灯(G)亮表示该条道路允许通行。具体实现的要求如下：

1．十字路口两条公路优先级不同，分主支干道，主干道经常通行，支干道有车才通行。

2．主、支干道均有车时，两者交替通行，并实现主干道每次至少放行30秒（即绿灯30s），支干道每次最多放行20秒（即绿灯20s）；采用传感器分别监测主、支干道是否有车，有车时向主控制器发出信号，实验中用逻辑开关代替。

3．每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5秒，此时原红灯不变；

4．设计5秒、20秒、30秒计时的译码显示电路，每秒改变一次显示数字。

5．当任意一条路上出现特殊情况，如消防车、救护车或其它需要优先放行的车辆时，各方向上均为红灯，计时停止。当特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行。用逻辑开关模拟有无特殊情况。

二、系统设计概述及设计框图

2.1.1系统设计概述：该系统由主控电路来控制计时器和驱动电路，而cp脉冲控制主控制器的有效和无效输出，并且由开关来代替传感器实现主支干道有无车流的模拟。主控制器无法直接控制信号灯，而需译码电路转化成有效值进而控制信号灯的明灭。总体电路设计思路和框图如下所示。

2.1.2 原理框图如图所示

图2.交通信号灯设计原理框图

三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算

第一个设计

3.1计时器的设计

本设计一共需要五个计数器，选择较为简单的十六进制计数器74LS192D，用置数法分别设计出五进制计数器、二十进制计数器、三十进制计数器。置数方法为同步反馈置数，原理图如下图所示。

图3.30进制计数器原理图

图4.5进制计数器

图5.20进制计数器

3.2主控器的设计

3.2.1信号灯状态与车道运行状态如下：

S1：主路的绿灯亮，车道通行；支路的红灯亮，车道禁止通行

S2：主路的黄灯亮，车道缓行；支路的红灯亮，车道禁止通行

S3：主路的红灯亮，车道禁止通行；支路的绿灯亮，车道通行

S4：主路的红灯亮，车道禁止通行；支路的黄灯亮，车道缓行

规定：

G=1：主路绿灯亮 Y=1：主路黄灯亮 R=1：主路红灯亮

G支=1：支路绿灯亮 Y支=1：支路黄灯亮 R支=1：支路红灯亮

TL：30秒计时器 TS：20秒计时器 TP：5秒计时器

传感器用开关代替：

主干道是否有车:L表示，1表示有车，0表示无车；

支干道是否有车:S表示，1表示有车，0表示无车；

是否有特殊情况:T表示，1表示有，0表示无。

3.2.2状态装换图和状态装换图

图6.主支干道状态转换图

图7.状态转换表

一共有四个状态用两个JK触发器实现，画出卡诺图化简得

图8.主控制器电路图

3.2.3译码驱动电路的设计

现态	次态	计时器	信号灯初态		触发器
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

G=

L

+

Y=

LS

R=S(

+

)+T

G支=(

LS+

S)

Y支=

LS

R支=

L-+

+T

图9.译码驱动电路

图10.交通信号灯总电路图

1

设计（综合实验）文档

四、调试过程及结果分析

4.1主、支车道均无车：主道绿灯，支道红灯

图11.主支车道均无车的开关控制和交通灯情况

4.2主、支干道一方有车，一方无车，有车的一方通行

4.2.1主干道有车，支干道无车：主道绿灯亮，支道红灯亮

图12.主干道有车，支干道无车的开关控制和交通灯情况

4.2.2主干道无车，支干道有车：主道红灯亮，支道绿灯亮

图12.主干道无车，支干道有车的开关控制和交通灯情

4.2主、支干道均有车时

主干道绿灯亮，支干道红灯亮，30s倒计时开始

主干道黄灯亮，支干红灯亮，5s倒计时开始

主干道红灯亮，支干道绿灯亮，20s倒计时开始

主干道红灯亮，支干道黄灯亮，20s倒计时开始

1

设计（综合实验）文档

1.第二个设计：

1.1控制电路：用两片74LS192N实现30s倒计时到0s，因为项目所需的计时为60s计时，而可以有规律的把60s分成两段相等的30s来实现电路的功能，不妨设置一个D触发器连接到两片192计数器的置数端，实现30s到0s之后，两片192计数器重新置30，而D触发器此时翻转一次，也就是D触发器状态的改变从而实现两个30s控制的60进制循环。

图12.两片192计数器实现30秒倒计时图13.D触发器实现两个30秒周期循环

1.2输出电路：其中支路由低电平（ground）和BUS STOP线连接子电路实现输出，来控制显示数码管的示数和交通信号灯的开和灭；主电路由高电平（VCC）和mode端以及连接禁行端，实现强制手动，两个方向全部禁止通行，计时器停止。

图13.输出连接子电路，实现控制发光二极管和交通信号灯

1.3子电路：分为五个大板块，分别为黄灯信号筛选，绿灯30-5计时调整--十位/个位，红黄/绿灯计时信号输出选择和红黄绿信号组合输出。

图14.子电路图

1.4调试过程及结果分析：

1.4.1当禁止开关断开时，电路正常运行，主路30s红灯则支路为25s绿灯和5s黄灯，反之，支路30s红灯则表示主路为25s绿灯和5s黄灯。

图15.电路正常运行时的四种状态

1.4.2当禁止开关闭合时，交通信号灯电路不能正常运行，而是按照要求实现强制手动（开关模拟），两个方向全部禁止通行，且计时器停止计数。

图15.禁行开关闭合后两端禁止通行且计时器停止计数

五、设计、安装及调试中的体会

说到心得体会，那可真是太多了，刚开始拿到直接就是一筹莫展，不知道从何下手，周二考完试周三才开始着手做自己的设计，时间紧任务重。刚刚学完电子知识的我们也许书本知识掌握的很强，但是真正运用到实际之中还是显得知识的匮乏，一个大项目下有很多简简单单的小项目，开始时本以为很简单就可以做到最后一步，真正入手开始做了之后才发现每一步都是难点。最开始设计倒计时的计数器就出现了很多问题，移动计数器之后连线发生变化导致计数器不正常工作、如何实现几个192计数器之间的级联；再到后来的如何控制信号灯的明灭；再到最后的如何实现高级功能，这些便都是我在自己操作的时候出现的问题，小问题更不用说了，电路一复杂起来各个功能电路之间的连线就变得非常复杂，难免会多一根少一根线，而在总电路框图之下这种问题又非常难发现，所以经常导致仿真出不来预期效果，还有类似的连错线，连错端口等等类似的问题。

两天时间着实太短了，刚有一点思路就发现完全实现自己的思路来搭建电路几乎不可能，于是便借鉴了网上，参考文献和往期学长们的电路作为参考，我也发现了许许多多问题，例如网上的电路运行不出来而且不知道是哪里出了差错；书上的电路图和项目稍有差别电路图就完完全全不能等同，成功的学长学姐们的电路固然值得我们学习，但是电路难度大，复杂程度高，值得借鉴的地方也有限，以及我一直慌慌张张的按照参考书和学长们的电路进行修改，到最后才发现项目要求的秒数和我设计的不一样，而已经没有时间再供我修改和一遍遍的试错和仿真了，望老师谅解。

我觉得这是一个很好的机会，通过这次实验我也发现了自己的很多不足，平时骄傲自满于自己学的书本上的知识，实验想水就水，总是感觉动手能力不像考试那么重要，其实恰恰相反，真正离开大学校园之后，动手能力反而比书本上的知识重要的多，所以在之后的大学生活之中，我应该努力的增强自己的动手实践能力，做到自己不但理解了书本上的概念，更会在实际之中举一反三的应用。希望电子设计可以再多给一些时间，不要和考试冲突，这样在时间上就满足了我完成自己想法的条件，也不用担心时间不够用。

通过这短短两天的时间，我也明白了很多道理，例如做任何事情都要认真仔细，上课认真听讲，认真听取实验要求，否则会花更多的时间才会做到其他人在较短时间内就能达到的效果。电子设计非常有利于提高我们的思考能力，锻炼我们把理论与实践相结合的能力，同时也丰富了我们的业余生活，提高我们对知识的深层理解能力。不能轻易放弃，找出自己不清楚的点，查阅书籍资料，在做不出来的时候可以换一个思路想一想，或者先设计别的部分的电路，借鉴他人成功的经验也是很有效的方法。总的来说，我觉得这样的综合设计很有意义，倘若时间再充足一点就更好了。也希望自己能在这小小的设计之中看出自己体现的缺点和不足，努力改正，也希望自己在下一步可以做的更好。

由衷感谢赵东老师对我们的指导和严格要求，您辛苦了。

参考文献

[1] 彭介华《电子技术设计指导》北京：高等教育出版社

[2] 孙梅生，李美莺，徐振英《电子技术基础设计》北京：高等教育出版社

[3] 文亚凤，王赟，张瑞华《电子技术基础》北京：高等教育出版社

[4] 阎石《数字电子技术基础》北京：高等教育出版社

[5] 宋卫海，杨现德《数字电子技术》北京：北京大学出版社

附录（设计电路图、程序、表格、数据等）

DCD-HEX自带译码器的7段数码管

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：上图为74LS192的引脚排列及逻辑符号（a）引脚排列 (b) 逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。

仿真工程文件包：

这里提供第2个设计的工程下载,,第一个设计的文件不小心删除了,大家看网页上的图自行画一下吧：

能动1612-1161171214-潘龙飞-实验四交通信号灯控制器.rar (1.05 MB, 下载次数: 264)

能动1612-1161171214-潘龙飞-实验四交通信号灯控制器.doc (943 KB, 下载次数: 132)