交通信号灯的自动控制

交通信号灯的自动控制
1. 设要求以及主要内容 (1)
2.总体设计 (1)
2.1．555秒脉冲模块设计 (1)
2.2．控制单元设计 (2)
2.2.1 4秒定时电路 (2)
2.2.2 6秒定时电路 (3)
2.2.3 25秒定时电路 (4)
2.2.4 JK时序电路 (4)
2.2.5时序信号 (6)
3.设计心得 (6)
4.参考文献 (7)
5.附录 (8)
交通灯的自动控制
1. 设要求以及主要内容
1.通常情况下，大道绿灯亮，小道红灯亮；
2.若小道来车，大道经6秒由绿灯变为黄灯；再经过4秒，大道由黄灯变为红灯，同时，小道由红灯变为绿灯；
3. 小道变绿灯后，若大道来车不到3辆，则经过25秒钟后自动由红灯变为黄灯，再经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯；
4.如果小道在绿灯亮时，小道绿灯亮的时间还没有到25秒，只要大道检测到已经超过3辆车在等候，那么小道应立即由绿灯变为黄灯，再经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。

2.总体设计
首先由一个555发生产生一个秒脉冲，提供给FPGA一个时钟信号，然后经过控制单元处理以后输出给信号灯。

总体原理框图如图1
图1 原理框图
2.1．555秒脉冲模块设计
产生秒信号的电路有多种形式，如图2 是利用555 定时器组成的秒信号发生器。

当接通电源以后，因为电容上的初始电压为零，无哦一输出为高电平，并开始经电阻R向电容C充电。

当充到输入电压为V1=Vt+时，输入跳变为低电平，电容C又经过电阻R开始放电。

当放电至V1=Vt-时，输出电位又跳变成高电平，电容C重新开始充电如此周而复始，电路便不停地振荡。

V1和Vo的电压波形如图3所示。

因为该电路输出脉冲的周期为T≈0.7（R1+2R2）C。

若T=1S，令C=10，R1=39K，则。

取固定电阻与的电位器相串联代替电阻R2。

在调试电路时，调试电位器R P，使输出脉冲为1s。

图3 秒脉冲信号图2 555秒脉冲发生器
图4 555秒信号时序
该发生器每秒发生一个高电平和低电平，周而复始的进行。

2.2．控制单元设计
2.2.1 4秒定时电路
图5 4S定时器
在这个装置中使用同步清零法实现定时4S的发生器。

其构成原理为把QC与LDN相连
ABCD同时置零，让它的预置数为零。

输入的时钟信号是由555定时电路提供。

当每来一个时钟信号时该计数器就计数一个数，直到输出为0100时该计数器立即清零，这样就实现了4S 计时。

图6 4S定时器时序信号
该图为4S定时发生器的时序图，从上图可知：仿真波形和上面的秒数差了0.5秒时因为，CLK_1HZ波形刚开始是半个周期就有一个高电平的缘故。

以下时序图也如此
2.2.2 6秒定时电路
图7 6秒定时器
在这个装置中使用同步清零法实现定时6S的发生器。

其构成原理为把QBQC于LDN相连ABCD同时置零，让它的预置数为零。

输入的时钟信号是由555定时电路提供。

当每来一个时钟信号时该计数器就计数一个数，直到输出为0110时该计数器立即清零，这样就实现了6S计时。

图8 6秒定时器时序信号
该图为6S定时器的时序图。

在第六秒的时候有一个高电平输出
2.2.3 25秒定时电路
图9 25秒定时器
该装置是实现25S定时电路，采用整体置数方式使实现25进制同步计数电路。

其工作原理在第一片161每接受一个时钟信号使其开始记一个数，当第16个时钟信号来时第一片信号RCO输出为1，此时第二片芯片ENT和EMP接受了一个高电平，这时开始计数工作，记一个数QA输出为1其他QBQCQD输出为0。

此时输出为0001。

再来5个时钟信号时第一片芯片记5个数此时输出为1001，这时在电路上再接一个与非门作为LDN的反馈电平，此时LED 输入为低电平，整体实现同步置零。

图10 25S秒定时器时序信号
该图为25定时发生器的时序图。

在第25S有一个高电平输出
2.2.4 JK时序电路
图11 JK时序电路
该时序电路就是把当前的状态锁存起来，使接受的时钟信号在接口电路的输出端保持一段时间锁存后状态不再发生变化，直到解除锁定。

在这里可以利用该性质使时间发生延时，这样就可以实现使每个信号灯维持一定的时间等下一个时间信号输入时才发生改变，紧接着该信号维持所设计的时间再等下一个信号来时才发生改变，着样周而复始的进行下去。

例如若要实现以下的功能小道来车，大道经6秒由绿灯变为黄灯；再经过4秒，大道由黄灯变为红灯，同时，小道由红灯变为绿灯。

我们就可以让黄绿灯信号在时序电路中存储6秒，接着一个黄灯信号输入时时序电路中的绿灯信号变为黄灯信号并在时序电路中维持4秒。

等红灯信号来时黄灯信号消失，此时输出为红灯信号，这样就使红灯信号输出为高电平，交通灯显示为红灯，这样就可以实现以上的要去。

以下为JK锁存电路的功能表。

其中T1,T2,T3分别为4S，6秒，25秒定时器的溢出信号，S为传感器,Q2,Q1,Qo分别为3个JK触发器输出端口信号。

该时序电路的驱动方程：
J2=T3*Q1*Qo K2=0
J1=T2*Q2’Qo K=(T1*Q2’*Qo’)’
J0=S*Q2’Q1’+T1Q2’Q1 K=0
特征方程Q N+1=JQ’+K’Q
状态方程为
Q2N+1=T3Q’Q1Qo
Q1N+1=T2Q2’Q1’Qo+T1Q2’Q1Qo’
Q0N+1=S*Q2’Q1’Qo’+T1Q2’Q1Qo’=(SQ2’Q1’+T1Q2’Q1)Qo’
T1 T2 T3 M S Q2 Q1 Qo Q2N+1 Q1N+1 Q3N+1 X X X X 1 0 0 0 0 0 1
X 1 X X X 0 0 1 0 1 0
1 X X X X 0 1 0 0 1 1
X X X 1 X 0 1 1 0 0 0 .X X 1 X X 0 1 1 1 0 0
1 X X X X 1 0 0 0 0 0
2.2.5时序信号
图12 JK时序信号
1.开始的状态为：大道绿灯亮，小道红灯亮；
2.前6S时大道的绿灯输入信号为高电平，状态为亮，而红，黄灯输入信号为低电平，状态为暗；小道的红灯输入信号为高电平，状态为亮，而黄，红灯输入信号为低电平，状态为暗。

3.在后来的4S中大道的黄输入信号为高电平，状态为亮，而绿，红输入信号为低电平，状态为暗；此时小道还是原来的状态。

4.在后面的25S钟里大道红灯输入信号为高电平，状态为亮，而黄，绿灯输入信号为低电平，状态为暗；小道在时间内绿灯输入信号为高电平，而黄，红灯的输入信号为低电平状态为暗。

在25结束后小道的黄灯的输入信号为高电平，状态为亮，而绿，红灯的输入信号为低电平，状态为暗，黄灯亮的时间持续4S。

5.在29S结束后大道绿灯输入信号为高电平，状态为亮，而黄，红灯输入信号为低电平，状态为暗；小道红灯的输入信号为高电平，状态为亮，而绿，红灯的输入信号为暗，状态为暗。

3.设计心得
这次课程设计的目的主要是为了提高我们这些在校大学生的自学能力，自己查资料的能力得到了很大的提高，而且自己动手动脑的能力也相应的有所提高。

学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的。

紧接着来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的。

这样不仅能加深我们对电子电路的任职，而且还及时、真正的做到了学以致用。

把自己学习的理论知识跟实践相结合，使自己所学的知识更扎实。

这次课程遇到了很多自己不会的问题，经过网上查询，询问同学终于也被我解决了，感觉学到了很多的东西。

不仅是巩固了先前学的模电、数电的理论知识，而且也培养了我的动手能力，像刚学的EDA就用得更加灵活了，由于时间过于仓促来不及绘制PCB还是有点遗憾的。

令我的创造性思维得到拓展。

希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些!同时感谢帮助我的同学。

最后由于赶得冲忙，图都没好好做都是截图有点遗憾。

4.参考文献
【1】阎石数字电子技术基础高等教育出版社 2008.5
【2】康华光电子技术基础高等教育出版社 2007.5
【3】夏路易电路原理图于电路板设计教程兵器工业出版社 2002.6 【5】谢克明. 电子电路EDA. 兵器工业出版社 2001.5
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5.附录。