신호등 제어논리회로 설계개론
1. 교차하는 두 도로(A차선과 B차선)의 차량이 교대로 주행하도록 하고 각 통과 시간을 25초로 설정하여 교차로에서 신호등 제어 회로를 설계합니다.
2. 차선 변경 전 황색등이 5초 동안 켜져 있어야 합니다.
3. 노란색 표시등이 켜져 있으면 1초에 한 번씩 깜박여야 합니다. 1. 디지털 시스템 설계의 기본 사항을 검토합니다.
2． 다중화된 데이터 선택기와 이진 동기 카운터의 작동 원리를 검토합니다.
3. 신호등 제어 시스템 블록 다이어그램을 기반으로 완전한 회로도를 그립니다. 1. 시스템의 논리적 기능을 분석하고 블록 다이어그램을 그립니다.
신호등 제어 시스템의 원리 블록 다이어그램은 그림 12, 1에 나와 있습니다. 주로 컨트롤러, 타이머, 디코더 및 두 번째 펄스 신호 발생기로 구성됩니다. 두 번째 펄스 발생기는 시스템의 타이머 및 컨트롤러에 대한 표준 클록 신호 소스입니다. 디코더는 구동 회로를 통해 신호등을 구동하는 두 세트의 신호등의 제어 신호를 출력합니다. 타이밍을 제어하는 시스템. 변환기와 디코더의 작업. 사진 속:
TL: A차선이나 B차선의 녹색등 사이의 시간 간격이 25초임을 나타냅니다. 이는 차량이 정상적으로 통과할 수 있는 시간 간격입니다. 타이밍 시간이 다 되면 TL=1이고, 그렇지 않으면 TL=0입니다.
TY: 노란색 표시등 사이의 시간 간격이 5초임을 나타냅니다. 타이밍 시간이 다 되면 TY=1이고, 그렇지 않으면 TY=0입니다.
ST: 타이머가 지정된 시간에 도달한 후 컨트롤러가 상태 전환 신호를 보낸다는 것을 나타냅니다. 다음 작업 상태를 시작하기 위해 타이머의 타이밍을 제어합니다.
2． 신호등 제어기의 ASM(Algorithmic State Machine)을 그립니다.
(1) 그림에서 A차선에는 녹색 신호등이 켜져 있고 B차선에는 빨간색 신호등이 켜져 있습니다. A차선의 차량은 통행이 허용되지만 B차선의 차량은 통행이 금지되어 있음을 나타냅니다. 규정된 시간 간격 TL 동안 녹색등이 켜지면 컨트롤러는 상태 신호 ST를 전송하고 다음 작동 상태로 전환합니다.
(2) A차선에 노란색 신호등이 켜져 있고, B차선에 빨간색 신호등이 켜져 있습니다. A차선에서 주차선을 넘지 않은 차량은 추월을 멈추고, 주차선을 넘은 차량은 계속 추월하며, B차선은 추월이 금지된다는 뜻이다. 지정된 시간 간격 TY 동안 노란색 표시등이 켜지면 컨트롤러는 상태 전환 신호 ST를 보내 다음 작동 상태로 이동합니다.
(3) A차선에 빨간불이 켜지고 B차선에 초록불이 켜집니다. 차선 A가 통행 금지되고 차선 B의 차량이 통행이 허용됨을 나타냅니다. 지정된 시간 간격 TL 동안 녹색등이 켜지면 컨트롤러는 상태 전환 신호 ST를 보내 다음 작동 상태로 이동합니다.
(4) A차선에 빨간불이 켜지고 B차선에 노란불이 켜집니다. A차선은 통행이 금지되고, B차선에서 군 주차선을 통과하는 차량은 정지되고, 주차선을 통과한 차량은 정지되고, 주차선을 통과한 차량은 계속해서 통과한다는 의미입니다. 규정된 시간 간격 TY 동안 노란색 표시등이 켜지면 컨트롤러는 상태 전환 신호 ST를 보내고 시스템은 다시 (1) 작동 상태로 전환됩니다.
위의 네 가지 신호등 작동 상태의 변환은 컨트롤러에 의해 제어됩니다. 컨트롤러의 4가지 상태 코드가 00, 01, 11, 10이고 각각 S0, S1, S3, S2로 표현된다고 가정하면 컨트롤러의 작동 상태와 기능은 표 12.1과 같습니다. A는 레인 B에 빨간색, 노란색, 녹색 신호등의 제어 신호를 보내야 합니다. 단순화를 위해 램프 코드와 램프 구동 신호를 하나로 통합하고 다음과 같이 규정한다.
표 12.1 컨트롤러 작동 상태 및 기능 제어 상태 신호등 상태 차선 작동 상태 S0 (00 ) A 녹색, B 빨간색, A 차선 개방, B 차선 폐쇄 S1 (01) A 노란색, B 빨간색, A 차선 완행, B 차선 폐쇄 S3 (11) A 빨간색, B 녹색, A 차선 폐쇄 폐쇄됨, A 차선 열려 있음 S2( 10) A 차선은 빨간색, B 차선은 노란색, A 차선은 통행 금지, A 차선은 느림, AG=1: A 차선의 녹색 표시등이 켜짐;
BG=1: 차선 B의 녹색 신호등이 켜져 있습니다;
AY=1: 차선 A의 노란색 신호등이 켜져 있습니다.
BY=1: 차선 B의 노란색 신호등이 켜져 있습니다. on;
AR=1: 차선 A에 빨간불이 켜졌습니다;
BR=1: 차선 B에 빨간불이 켜졌습니다;
The 그림 12와 2에 표시된 것처럼 신호등의 ASM 다이어그램이 얻어집니다. 컨트롤러의 초기 상태가 S0(상태 상자를 사용하여 S0을 나타냄)이라고 가정합니다. S0의 지속 시간이 25초 미만이면 TL=0(TL을 나타내기 위해 판단 상자를 사용)이고 컨트롤러는 S0을 변경하지 않고 유지합니다.
S0의 지속 시간이 25초, TL=1인 경우에만 컨트롤러는 상태 전환 신호 ST(ST를 나타내기 위해 조건부 출력 상자 사용)를 보내고 다음 작동 상태로 전환합니다. 비유를 통해 ASM 다이어그램이 표현하는 의미를 이해할 수 있습니다.
3. 단위 회로 설계
(1) 타이머
타이머는 시스템 2차 펄스(클럭 펄스 발생기에서 제공)와 동기화되는 카운터로 구성되며, 카운터는 다음을 수행해야 합니다. 상태 신호 ST에 작용합니다. 클럭 펄스의 상승 에지 동작에 따라 카운터는 0부터 1씩 계산을 시작하고 모듈로 5 타이밍 신호 TY 및 모듈로 25 타이밍 신호 TL을 컨트롤러에 제공합니다.
집적 회로 74LS163을 사용하여 카운터를 설계하는 것이 더 쉽습니다. 74LS163은 동기 클리어 및 동기 설정 기능을 갖춘 4비트 바이너리 동기 카운터입니다. 74LS163의 외부 리드 배열 다이어그램과 타이밍 파형 다이어그램은 그림 12 및 3에 표시되며 기능 테이블은 표 12 및 2에 표시됩니다. 그림에서 는 저레벨 활성 동기 클리어 입력 단자, 는 저레벨 활성 동기 병렬 설정 제어 단자, CTp와 CTT는 그림 12.2 신호등의 ASM 수치 제어 단자, CO는 캐리 출력 단자 , D0~D3은 병렬 데이터 입력 단자이고, Q0~Q3은 데이터 출력 단자입니다. 두 개의 74LS163 캐스케이드로 구성된 타이머 회로가 그림 12와 4에 나와 있습니다. 회로의 작동 원리를 직접 분석해 보십시오.
그림 12, 3 74LS163의 외부 리드 배치도 및 타이밍 파형도
(2) 컨트롤러
컨트롤러는 트래픽 관리의 핵심이다. 교통 관리 규칙에 따라 신호등의 작동 상태 전환을 제어할 수 있습니다. 컨트롤러의 상태 전이 테이블은 표 12 및 3에 표시된 대로 ASM 다이어그램에서 나열될 수 있습니다. 2개의 D 플립플롭 FF1과 FFO는 4가지 상태를 생성하기 위한 타이밍 레지스터로 선택됩니다. 컨트롤러가 Q1n+1Q0n+1= 00 상태일 때 TL= 0이면 조건은 TL과 TY입니다. 컨트롤은 00 상태로 유지됩니다. 만약 컨트롤러가 Q1n+1Q0n+1= 01 상태로 전환됩니다. 이 두 가지 상황은 조건 TY와 아무런 관련이 없으므로 관련 없는 항목 X로 표시됩니다. 나머지 경우는 유추하여 상태 천이 신호(ST)도 표에 나열하였다.
그림 12, 4 타이머 회로도
표 12.2 74LS163 기능표
표 12.3 컨트롤러 상태 천이표
표 12.3에 따름 , 상태 방정식 및 변환 신호 방정식은 다음과 같이 도출될 수 있습니다. AND Q1n+1, Q0n+1 및 ST 항에 해당하는 입력 또는 상태 천이 조건 변수는 1입니다. 여기서 1은 원래 변수로 표시되고 0은 역변수로 표현하고 AND항을 각각 OR하면 다음과 같은 방정식을 얻을 수 있다.
위의 방정식에 따라 데이터 선택기 74LS153을 선택하여 입력 기능을 구현한다. 각 D플립플롭의 현재값을 변환하고, 상태값( )을 74LS153의 데이터 선택 입력단자에 제어신호로 추가합니다. 컨트롤러의 기능을 실현할 수 있습니다. 컨트롤러의 논리 다이어그램은 그림 12.5에 나와 있습니다. 그림에서 R과 C는 파워온 리셋 회로를 구성한다.
그림 12, 5 컨트롤러 논리 다이어그램
(3) 디코더
디코더의 주요 작업은 컨트롤러의 출력 Q1, Q0을 변환하는 것입니다. 4 작동 상태는 A와 B 차선에 있는 6개의 신호등의 작동 상태로 변환됩니다. 컨트롤러의 상태 코드와 신호등 제어 신호의 관계는 표 12와 4에 나와 있습니다. 독자들은 위의 관계를 실현하기 위한 디코딩 회로를 설계해야 합니다.
1. 디지털 회로 실험 상자
2. 집적회로 74LS74 1개, 74LS10 1개, 74LS00 2개, 74LS153 2개, 74LS163 2개, NE555 1개
3. 저항 51KΩ 1개, 200Ω 6개
4. 콘덴서 10Uf 1개
5. 기타 발광 다이오드 6만 표 12, 4 컨트롤러 상태 코드 및 신호등 관계 표
상태 AG AY AR BG BY BR
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1 1 0 0 1 0 1 0
1. 디코더 회로를 설계 및 조립하고 그 출력을 레인 A와 B의 6개 신호등(실험 중 발광 다이오드로 대체)에 연결하여 회로의 논리 기능을 검증합니다.
2． 두 번째 펄스 생성 회로를 설계하고 조립합니다.
3. 타이밍 회로를 조립하고 디버깅합니다. CP 신호가 1Hz 구형파일 때 CP, Q0, Q1, Q2, Q3, Q4, TL을 그린다. , TY 파형을 확인하고 이들 사이의 타이밍 관계에 주의를 기울이십시오.
4. 컨트롤러 회로를 조립하고 디버깅합니다.
5. 신호등 제어 회로의 공동 디버깅을 완료하고 기능을 테스트합니다. 1. 실험회로의 개략도를 그리고 각 구성요소의 매개변수 값을 표시하시오.
2． 실험에서 타이밍 파형을 그려보고, 실험 데이터를 정리하여 설명해보세요.
3. 실험 중에 발생한 결함현상과 그 해결방법을 적어 보세요.
4. 성찰 질문에 답하십시오.
5. 경험과 제안.