時(shí)滯系統(tǒng)的經(jīng)典控制與智能控制及十字路口交通燈模擬紅綠燈控制電路課程設(shè)計(jì)

20**年電子信息工程課程設(shè)計(jì)PAGE2PAGE1時(shí)滯系統(tǒng)的經(jīng)典控制與智能控制摘要：研究了兩類用于時(shí)滯系統(tǒng)控制的方法，即包括自整定PID控制、Smith預(yù)估控制和大林算法在內(nèi)的經(jīng)典控制方法和包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在內(nèi)的智能控制方法，經(jīng)過比較后認(rèn)為經(jīng)典控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性及實(shí)用性強(qiáng)，而智能控制則具有自適應(yīng)性和魯棒性好，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因而將這兩種控制方法結(jié)合起來是控制時(shí)滯系統(tǒng)有效實(shí)用的方法，具有很好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：時(shí)滯系統(tǒng)，Smith預(yù)估控制，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

ClassicalControlandIntelligentControlfortheTimeDelaySystemAbstract:Twokindsofcontrolmethodsaremainlyresearched.Oneisclassicalcontrolmethod,includingself-tuningPIDcontrol,SmithpredictivecontrolandDahlinalgorithm.Theotherisintelligentcontrolmethod,includingfuzzycontrol,neuralnetworkcontrolandfuzzyneuralnetworkcontrol.Aftercomparing,suchconclusionsaremade:Classicalcontrolhassimplestructure,goodreliabilityandpracticability.Butintelligentcontrolhasstrongadaptabilityandrobustness,moreover,itsperformanceagainstdisturbanceisgood.Sothecombinationwiththesetwomethodswillbeeffectiveandsignificanttocontroltimedelaysystem,anditsprospectofapplicationisattractive.Keywords:Timedelaysystem,Smithpredictivecontrol,Fuzzyneuralnetwork

1．引言在工業(yè)生產(chǎn)過程中，具有時(shí)滯特性的控制對(duì)象是非常普遍的，例如造紙生產(chǎn)過程、精餾塔提餾級(jí)溫度控制過程、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的燃燒過程等都是典型的時(shí)滯系統(tǒng)。為解決純滯后時(shí)間對(duì)系統(tǒng)控制性能帶來的不利影響，許多學(xué)者在理論和實(shí)踐上做了大量的研究工作，提出了很多行之有效的方法。本文主要介紹其中兩類研究得比較多的控制方法，即最早在時(shí)滯系統(tǒng)控制中應(yīng)用的幾種經(jīng)典控制方法和近年來受到廣泛關(guān)注的智能控制方法。2．經(jīng)典控制所謂經(jīng)典控制方法是指針對(duì)時(shí)滯系統(tǒng)控制問題提出并應(yīng)用得最早的控制策略，主要包括自整定PID控制、Smith預(yù)估控制、大林算法這幾種方法。這些方法雖然理論上比較簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用中卻能收到很好的控制效果，因而在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中獲得了廣泛的應(yīng)用。2.1自整定PID控制PID控制器由于具有算法簡(jiǎn)單、魯棒性好和可靠性高等特點(diǎn)，因而在實(shí)際控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的運(yùn)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)PID控制是在工業(yè)過程控制中應(yīng)用最為廣泛的一種控制算法。PID控制的難點(diǎn)在于如何對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行整定，以求得到最佳控制效果。較早用來整定PID控制器參數(shù)的方法有：Ziegler-Nichols動(dòng)態(tài)特性法、Cohen－Coon響應(yīng)曲線法、基于積分平方準(zhǔn)則ISE的整定法等。但是這些方法只能在對(duì)象模型精確已知的情況下，實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的離線整定，當(dāng)被控對(duì)象特性發(fā)生變化時(shí)，就必須重新對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模型辨識(shí)。為了能在對(duì)象特性發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，以適應(yīng)新的工況，PID參數(shù)的自整定技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。目前用于自整定的方法比較多，如繼電型自整定技術(shù)【1】、基于過程特征參數(shù)的自整定技術(shù)【2】、基于給定相位裕度和幅值裕度的SPAM法自整定技術(shù)【3】、基于遞推參數(shù)估計(jì)的自整定技術(shù)【4】以及智能自整定技術(shù)【5】等?？傮w來看這類自整定PID控制器對(duì)于（T為系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)）的純滯后對(duì)象控制是有效的，但對(duì)于大純滯后對(duì)象，當(dāng)時(shí)，按照上述方法整定的PID控制器則難以穩(wěn)定。2.2Smith預(yù)估控制Smith于1957年提出的預(yù)估控制算法，通過引入一個(gè)與被控對(duì)象相并聯(lián)的純滯后環(huán)節(jié)，使補(bǔ)償后的被控對(duì)象的等效傳遞函數(shù)不包括純滯后項(xiàng)，這樣就可以用常規(guī)的控制方法（如PID或PI控制）對(duì)時(shí)滯系統(tǒng)進(jìn)行控制【6】。Smith預(yù)估控制方法雖然從理論上解決了時(shí)滯系統(tǒng)的控制問題，但在實(shí)際應(yīng)用中卻還存在很大缺陷。Palmor提出Smith預(yù)估器存在這樣兩點(diǎn)不足：1.它要求有一個(gè)精確的過程模型，當(dāng)模型發(fā)生變化時(shí)，控制質(zhì)量將顯著惡化；2.Smith預(yù)估器對(duì)實(shí)際對(duì)象的參數(shù)變化十分敏感，當(dāng)參數(shù)變化較大時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)也會(huì)變得不穩(wěn)定，甚至完全失效【7】。Watanabe進(jìn)一步指出Smith預(yù)估器的兩個(gè)主要缺陷：1.系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的響應(yīng)很差；2.若控制對(duì)象中包含的極點(diǎn)時(shí)，即使控制器中含有積分器，系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的穩(wěn)態(tài)誤差也不為零【8】。另外Smith預(yù)估器還存在參數(shù)整定上的困難，這些缺陷嚴(yán)重制約了Smith預(yù)估器在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用。針對(duì)Smith預(yù)估器存在的不足，一些改進(jìn)結(jié)構(gòu)的Smith預(yù)估器就應(yīng)運(yùn)而生了。HangCC等針對(duì)常規(guī)預(yù)估控制方案中要求受控對(duì)象的模型精確這一局限，在常規(guī)方案基礎(chǔ)上，外加調(diào)節(jié)器組成副回路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正【9】，該方法的穩(wěn)定性和魯棒性比原來的Smith預(yù)估系統(tǒng)要好，它對(duì)對(duì)象的模型精度要求明顯地降低了。Watanabe提出的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的Smith預(yù)估器采用了一個(gè)抑制擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器M(s)，通過配置M(s)的極點(diǎn)，能夠獲得較滿意的擾動(dòng)響應(yīng)及對(duì)擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差為零【10】。對(duì)于Smith預(yù)估器的參數(shù)整定問題，張衛(wèi)東等人提出了一種解析設(shè)計(jì)方法，并證明該控制器可以通過常規(guī)的PID控制器來實(shí)現(xiàn)，從而能根據(jù)給定的性能要求（超調(diào)或調(diào)節(jié)時(shí)間）來設(shè)計(jì)控制器參數(shù)【11】。2.3大林算法大林算法是由美國(guó)IBM公司的Dahlin于1968年針對(duì)工業(yè)過程控制中的純滯后特性而提出的一種控制算法【12】。該算法的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)合適的數(shù)字調(diào)節(jié)器D(z)，使整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，而且要求閉環(huán)系統(tǒng)的純滯后時(shí)間等于被控對(duì)象的純滯后時(shí)間。大林算法方法比較簡(jiǎn)單，只要能設(shè)計(jì)出合適的且可以物理實(shí)現(xiàn)的數(shù)字調(diào)節(jié)器D(z)，就能夠有效地克服純滯后的不利影響，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。但它的缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)中存在振鈴現(xiàn)象，且與Smith算法一樣，需要一個(gè)準(zhǔn)確的過程數(shù)字模型，當(dāng)模型誤差較大時(shí)，控制質(zhì)量將大大惡化，甚至系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定。實(shí)際上已有文獻(xiàn)證明，只要在Smith預(yù)估器中按給定公式設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器D(z)，則Smith預(yù)估器與Dahlin算法是等價(jià)的，Dahlin算法可以看作是Smith預(yù)估器的一種特殊情況【13】。3．智能控制智能控制是一類無需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制，它包括了遞階控制、專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、學(xué)習(xí)控制、遺傳算法等。在眾多智能控制方法當(dāng)中，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及二者的結(jié)合－模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在時(shí)滯系統(tǒng)的控制中的應(yīng)用最為廣泛。3.1模糊控制模糊控制是Zandeh于1965年首先創(chuàng)立的，其核心是模擬人的思維方式對(duì)一些無法得到精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象設(shè)計(jì)模糊控制器，通過建立輸入、輸出模糊集及模糊規(guī)則來實(shí)現(xiàn)有效的控制。模糊控制可以不需被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型即可實(shí)現(xiàn)較好的控制，因而特別適用于那些具有純滯后、大慣性、參數(shù)漂移大的非線性不確定復(fù)雜系統(tǒng)。但模糊控制存在控制精度不高的缺點(diǎn)，為解決這一問題，文獻(xiàn)【14】提出了一種能有效克服靜差的增量式類積分模糊控制器，在控制的同時(shí)辨識(shí)出系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)，再利用類積分的增量式輸出，有效地克服了靜差。文獻(xiàn)【15】則提出了一種自整定模糊控制器，可根據(jù)運(yùn)行工況自動(dòng)調(diào)整各模糊變量的加權(quán)因子，從而減小了靜差。實(shí)際應(yīng)用中還可將模糊控制與PID控制相結(jié)合，以提高控制品質(zhì)。文獻(xiàn)【16】提出了一種Fuzzy-PID雙模控制方法，在大偏差范圍內(nèi)采用模糊控制取得較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)并抑制隨機(jī)干擾，而在小偏差范圍內(nèi)采用PID控制來抑制穩(wěn)態(tài)誤差。模糊控制還可用于在線整定PID控制器的參數(shù)，從而取得較好的控制效果【17】。將模糊控制與Smith預(yù)估器相結(jié)合是模糊控制在純滯后系統(tǒng)應(yīng)用中比較成功的一種方式，利用Smith預(yù)估器來消除系統(tǒng)純滯后的影響，而用模糊控制代替原有的PID控制，充分利用模糊控制器動(dòng)態(tài)性能好、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，取得對(duì)純滯后系統(tǒng)較好的控制效果，且可以避免繁瑣的PID參數(shù)整定過程【18】。3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制近些年來神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用成為了時(shí)滯系統(tǒng)控制中的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，取得了大量的研究成果。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制由于具有非線性逼近特性及自學(xué)習(xí)、自組織的能力，因而同樣不需要對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行精確的辨識(shí)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)滯系統(tǒng)的自適應(yīng)控制。單神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本單元，以它為核心構(gòu)成的單神經(jīng)元控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、可實(shí)時(shí)控制的特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中，往往是將單神經(jīng)元控制器與Smith預(yù)估控制相結(jié)合，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)成一類單神經(jīng)元Smith預(yù)估控制【19】。文獻(xiàn)【20】則利用一個(gè)三層結(jié)構(gòu)的BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合Smith預(yù)估器構(gòu)成了Smith-NN預(yù)估控制，通過對(duì)中和池pH過程、動(dòng)態(tài)稱重過程的實(shí)驗(yàn)研究，證明這是一種克服大純滯后的有效方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅具有良好的控制特性，還具有很強(qiáng)的預(yù)測(cè)和辨識(shí)能力。文獻(xiàn)【21】提出了一種用于非線性加熱爐的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制器，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精確描述非線性和不確定性動(dòng)態(tài)過程的特性，設(shè)計(jì)了一個(gè)離線訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于對(duì)輸出值進(jìn)行預(yù)測(cè)，使系統(tǒng)能很好地克服模型誤差和過程時(shí)變?cè)斐傻挠绊?，提高了響?yīng)性能。文獻(xiàn)【22】則將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制和辨識(shí)能力結(jié)合起來，提出了一種針對(duì)純滯后對(duì)象的模型參考辨識(shí)自適應(yīng)控制方案，采用了兩個(gè)具有外部節(jié)拍延時(shí)反饋的前向多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)用于辨識(shí)純滯后對(duì)象的動(dòng)態(tài)模型，另一個(gè)作為主控制器產(chǎn)生控制量，從而提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性及可靠性。3.3模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都是無模型估計(jì)器，把NN和Fuzzy結(jié)合起來構(gòu)成的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FNC），既揉合了模糊邏輯的推理能力，又有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和非線性表述能力，因而也是一種非常有效的時(shí)滯系統(tǒng)控制方法。王耀南提出了利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射能力、分布式并行處理等特性構(gòu)造一類具有自學(xué)習(xí)能力的FNC，該控制器能自動(dòng)形成相應(yīng)的隸屬函數(shù)，推理規(guī)則集，通過在線自學(xué)習(xí)修正各參數(shù)，對(duì)各規(guī)則的推理做到并行處理，控制律適應(yīng)對(duì)象的變化，從而起到智能控制的作用。將FNC應(yīng)用于窯爐溫度控制系統(tǒng)中，控制效果良好【23】。葉其革提出了一種具有結(jié)構(gòu)和參數(shù)學(xué)習(xí)能力的自組織模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，該控制器無需事先確定模糊控制規(guī)則，能在控制過程中通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及參數(shù)學(xué)習(xí)在線調(diào)整模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生模糊控制規(guī)則，調(diào)整規(guī)則的參數(shù)，仿真表明該控制器能用于一般純滯后時(shí)變對(duì)象的控制，具有良好的控制性能【24】。榮雅君提出了一種過熱汽溫的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì)，先將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與預(yù)測(cè)控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非線性、大時(shí)滯系統(tǒng)模型的精確預(yù)測(cè)，再將模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)模糊神經(jīng)預(yù)測(cè)控制，仿真結(jié)果表明，該控制顯著提高了鍋爐過熱汽溫這一非線性、大時(shí)滯系統(tǒng)的控制品質(zhì)，且易于工程實(shí)現(xiàn)【25】。4．總結(jié)經(jīng)典控制方法由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性及實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。但它們都是基于參數(shù)模型的控制方法，因而自適應(yīng)性和魯棒性差、對(duì)模型精確性要求高、抗干擾能力差。而智能控制是非參數(shù)模型的控制方法，因而在魯棒性、抗干擾能力方面有很大的優(yōu)勢(shì)。但智能控制也有其不足之處，即理論性太強(qiáng)，算法過于復(fù)雜，大多數(shù)方法還僅局限于理論和仿真研究，能在試驗(yàn)裝置上和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的并不多。根據(jù)這兩類控制方法的特點(diǎn)，將它們結(jié)合起來進(jìn)行復(fù)合控制是一種有效的時(shí)滯系統(tǒng)控制策略，成功的應(yīng)用有模糊PID控制、模糊Smith控制、神經(jīng)元Smith預(yù)估控制、Smith-NN預(yù)估控制等。這些方法既能利用經(jīng)典控制方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性和實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，又能發(fā)揮智能控制自適應(yīng)性和魯棒性好，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了各自的不足，因而具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)謝元旦,夏淑艷.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的繼電自整定方法[J].控制與決策,1993,8(1):77~79陳建勤,陳來九.一種新的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)自整定方法[J].控制與決策,1993,8(1):13~18柴天佑,張貴軍.基于給定相角裕度和幅值裕度的PID參數(shù)自整定新方法[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),1997,23(2):167~172汪洋,褚鍵.一種基于遞推參數(shù)估計(jì)的PID參數(shù)自整定方法[J].信息與控制,1996,(3):182~185AstromKJetal.TowardsintelligentPIDcontrol[J].Automatica,1992,28(1):1～9SmithOJM.Closecontrolofloopswithdeadtiome[J].ChemicalEngineeringProgressTrans,1957,53(5):217~219PalmorZJ.StabilitypropertiesofSmithdeadtimecompensatorcontroller[J].Int.J.Contr,1980,32(6):937~949WatanabeK.Aprocess-modelcontrolforlinearsystemwithdelay[J].IEEE.Trans.AC-26,1981(6):1261~1269HangCC.AperformancestudyofcontrolsystemwithdeadTime[J].IEEE.IECI,1980,27:234~241WatanabeK,IshiyamaY.ModifiedSmithpredictorcontrolformultivariablesystemswithdelaysandunmeasurablestepdisturbances[J].Int.J.Control,1983,37:959~973張衛(wèi)東,孫優(yōu)賢.一類Smith預(yù)估器及其魯棒整定[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),1997,23(5):660~663DahlinEB.DesigningandTuningDigitalControllers.Instr&ContrSys,1968,41(7):77朱學(xué)鋒.大林算法研究[J].化工自動(dòng)化儀表,1989,14(5):23~27李戰(zhàn)明,李娟.一種有效克服靜差的增量式模糊控制器[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2000,(4):3~6劉長(zhǎng)良等.一種模糊控制算法在主汽溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].上海大學(xué)學(xué)報(bào),2001,7(5):388~390宋雪玲等.模糊-PID控制在檸檬酸發(fā)酵過程中的應(yīng)用[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào),2001,22(4):34~38倪忠遠(yuǎn)等.自整定PID-Fuzzy控制器在爐溫控制中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表,1996,5:30~34王建輝等.一類純滯后系統(tǒng)模糊Smith控制策略的研究[J].控制與決策,1998,13(2):141~145田杰,龔至豪,任雪梅.純滯后系統(tǒng)的單神經(jīng)元Smith預(yù)測(cè)控制[J].計(jì)算機(jī)仿真,2001,18(1):40~42白瑞林,李軍.大純滯后系統(tǒng)的Smith-NN預(yù)估控制[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),2000,14(4):40~44李玉云等.用于非線性加熱爐的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制器[J].中國(guó)機(jī)械工程,2001,12(2):216~220馬曉敏.純滯后對(duì)象的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)及自適應(yīng)控制[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào),1998,22(5):96~99王耀南.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在爐溫控制中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),1997,12:72~77葉其革,吳捷.一種自組織模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器[J].控制與決策,1998,13(6):694~699榮雅君等.過熱汽溫模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2003,23(1):177~180《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：專業(yè)：班級(jí)：姓名：指導(dǎo)教師：電氣工程學(xué)院1、任務(wù)書課題名稱指導(dǎo)教師（職稱）執(zhí)行時(shí)間期第周學(xué)生姓名學(xué)號(hào)承擔(dān)任務(wù)設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)要求目錄摘要 3第一章設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 4第二章基本方案 42.1方案一 42.2方案二 42.3方案三 4第三章方案選擇 4第四章電路原理圖 44.1計(jì)數(shù)模塊電路 44.2紅燈閃爍電路 54.3數(shù)碼管顯示電路 54.4194模塊 84.5主體電路圖 104.6元器件清單 10第五章電路調(diào)試 115.1Protues軟件仿真 115.2硬件電路調(diào)試 115.2.1測(cè)試電路 125.2.2硬件測(cè)試出現(xiàn)問題及解決方案 14第六章電路測(cè)試后總結(jié) 156.1設(shè)計(jì)小結(jié) 156.2設(shè)計(jì)缺點(diǎn) 156.3系統(tǒng)性能分析 15參考文獻(xiàn) 15摘要中文摘要：在城市交通道路中，由兩條道路的匯合點(diǎn)所形成的十字交叉路口很多。為了確保交通安全及車輛的迅速、有效的通行，在交叉路口的每個(gè)入口處需要設(shè)置紅、綠、黃三色信號(hào)燈。對(duì)于機(jī)動(dòng)車來說，紅燈亮?xí)r，禁止通行；綠燈亮?xí)r，則允許通行；黃燈亮?xí)r，則提示司機(jī)將行使中的車輛減速并準(zhǔn)備停下來。十字路口交通燈的控制邏輯采用數(shù)字電路很容易實(shí)現(xiàn)。根據(jù)交通燈控制的點(diǎn)功能不同，有簡(jiǎn)單的紅、黃、綠三色交通燈控制電路。有帶時(shí)間顯示的控制電路；有主干道與支干道通行時(shí)間不同的控制電路；有帶時(shí)間轉(zhuǎn)換功能的交通燈控制電路；有手動(dòng)控制電路。一般交通燈控制電路主要由定時(shí)器、控制器、譯碼和顯示幾個(gè)部分組成。關(guān)鍵詞：交通燈定時(shí)器控制器設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.按照紅-綠-黃順序輪流點(diǎn)亮2.東西向綠燈與南北向紅燈不同時(shí)亮，南北向綠燈與東西向紅燈不同時(shí)亮3.東西向黃燈點(diǎn)亮?xí)r南北向紅燈閃爍，南北向黃燈點(diǎn)亮?xí)r東西向紅燈閃爍4.當(dāng)綠燈亮?xí)r數(shù)顯開始倒計(jì)時(shí)二、基本方案通過74192進(jìn)行計(jì)數(shù)，D觸發(fā)器跳變使下一組74192開始計(jì)數(shù)，也可通過開關(guān)來控制D觸發(fā)器，在此基礎(chǔ)上用移位寄存器替代D觸發(fā)器來控制74192。。四、電路的原理圖4.1計(jì)數(shù)模塊電路計(jì)數(shù)模塊電路如圖4-1所示圖4-1計(jì)數(shù)模塊電路圖4.2紅燈閃爍電路紅燈閃爍電路如圖4-2所示圖4-2紅燈閃爍電路4.3數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示電路如圖所示圖4-3數(shù)碼管顯示圖47顯示、47真值表及7段數(shù)碼管如圖所示圖4-47段數(shù)碼管引腳圖 圖4-547真值表說明LS47是由“與非”門、輸入緩沖期和7個(gè)“與-或-非”門組成的BCD-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器。通常是低電平有效，搞的灌入電流的輸出可直接驅(qū)動(dòng)顯示器。7個(gè)“與非”門和1個(gè)驅(qū)動(dòng)器成對(duì)連接，以產(chǎn)生可用的BCD數(shù)據(jù)及其補(bǔ)碼至7個(gè)“與-或-非”譯碼門。剩下的“與非”門和3個(gè)輸入緩沖期作為“試燈輸入”LT端、滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸入BI/RBO端及動(dòng)態(tài)滅燈輸入RBI端。該電路接受4位二進(jìn)制編碼-十進(jìn)制數(shù)（BCD）輸入并借助于輔助輸入端狀態(tài)將輸入數(shù)據(jù)譯碼后去驅(qū)動(dòng)一個(gè)七段顯示器。LS47的輸入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成能承受7段顯示所需要的相當(dāng)搞的電壓（最大反流250微安時(shí)可承受15V）。驅(qū)動(dòng)顯示器各段所需高達(dá)24mA的電流可以由其高性能的輸出晶體管來直接提供。BCD輸入計(jì)數(shù)9以上的顯示圖案是鑒定輸入條件的唯一符號(hào)。LS47有自動(dòng)前、后滅零控制（RBI和RBO）。試燈（LT）可在BI/RBO端處于高電平的任何時(shí)刻去進(jìn)行，該電路還含有一個(gè)滅燈輸入（BI），它用來控制燈的亮度或禁止輸出。LS47這種七段譯碼器在應(yīng)用中可以驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極的發(fā)光二極管或直接驅(qū)動(dòng)白熾燈指示器。圖4-647顯示4.4194模塊194模塊，194管腳圖以及194真值表如圖所示：圖4-7194模塊圖圖4-8194真值表圖當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時(shí)。輸出端（QA~QD）均為低電平。當(dāng)工作方式控制端（S0，S1）均為高電平時(shí)，在時(shí)鐘（CLOCK上升沿的作用下，并行數(shù)據(jù)（A~D）被送入相應(yīng)的數(shù)據(jù)端QA~QD.此時(shí)串行數(shù)據(jù)（DSR、DSL）被禁止。當(dāng)S0為高電平S1為低電平時(shí)，在CLOCK上升沿作用下進(jìn)行右