數(shù)字邏輯課程設計——交通燈控制電路設計

1、<p>　　數(shù)字電子技術課程設計</p><p>　　題目:交通燈控制電路設計</p><p><b>　　學生學號：</b></p><p><b>　　學生姓名：</b></p><p><b>　　專業(yè)班級：</b></p><p>&l

2、t;b>　　起止日期：</b></p><p><b>　　交通燈控制電路</b></p><p>　　一、設計任務與要求1．設計一個十字路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間都設為25秒；2．要求黃燈先亮5秒，才能變換運行車道；3．黃燈亮時，要求每秒鐘閃亮一次 。二、實驗預習要求1．復習數(shù)字

3、系統(tǒng)設計基礎。2．復習多路數(shù)據選擇器、二進制同步計數(shù)器的工作原理。3．根據交通燈控制系統(tǒng)框圖，畫出完整的電路圖。三、設計原理與參考電路   1．分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖   交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖12、1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號

4、，經驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。      TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。      ST：表示

5、定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號。由</p><p>　　圖12、1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　2．畫出交通燈控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法狀態(tài)機）</p><p>　?。?）圖甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀

6、態(tài)信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。   （2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。   （3）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作

7、狀態(tài)。   （4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。     交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0

8、、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表12、1所示，控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的</p><p>　　由此得到交通燈的ASM圖，如 圖12、2所示。設控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當S0的持續(xù)時間小于25秒時，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當S0的持續(xù)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST（用條件輸出框表示ST

9、），并轉換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所表達的含義。</p><p>　　3．單元電路的設計   （1）定時器    定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產生器提供）同步的計數(shù)器構成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號T

10、L。   </p><p>　　計數(shù)器選用集成電路74LS163進行設計較簡便。74LS163是4位二進制同步計數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163的外引線排列圖和時序波形圖如圖12、3所示，其功能表如表12、2所示。圖中， 是低電平有效的同步清零輸入端， 是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，CTp、CTT是計 圖12、2 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進位輸出端，

11、D0～D3是并行數(shù)據輸入端，Q0～Q 3是數(shù)據輸出端。由兩片74LS163級聯(lián)組成的定時器電路如圖12、4所示。電路的工作原理請自行分析。 </p><p>　　圖12、3 74LS163的外引線排列圖和時序波形圖</p><p>　　74LS163的時序波形圖</p><p>　?。?）控制器    控制器是交通管理的核心

12、，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉換表，如表12、3所示。選用兩個D觸發(fā)器FF1、FFO做為時序寄存器產生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉換的條件為TL和TY，當控制器處于Q1n+1Q0n+1＝ 00狀態(tài)時，如果TL＝ 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉換到Q1n+1Q0n+1＝ 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關，所以用無關項"X"表示。其余情況依次類推，同時表

13、中還列出了狀態(tài)轉換信號ST。</p><p>　　表12、2 74LS163功能表</p><p>　　表12、3 控制器狀態(tài)轉換表</p><p>　　根據表12、3、可以推出狀態(tài)方程和轉換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應的輸人或狀態(tài)轉換條件變量相與，其中"1"用原變量表示，"0"用反變

14、量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程：</p><p>　　根據以上方程，選用數(shù)據選擇器 74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值（ ）加到74LS153的數(shù)據選擇輸入端作為控制信號．即可實現(xiàn)控制器的功能?？刂破鞯倪壿媹D如圖12、5所示。圖中R、C構成上電復位電路 。</p><p>　　圖 12、5控制器邏輯圖</p><p>　　（3

15、）譯碼器     譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表 12、4所示。實現(xiàn)上述關系的譯碼電路請讀者自行設計。</p><p>　　四、實驗儀器設備1． 數(shù)字電路實驗箱2． 集成電路74LS74 1片，74LS10 1片，74LS00 2片，74LS153 2

16、片，74LS163 2片，NE555 1片3． 電阻 51KΩ 1只，200Ω 6只4． 電容 10Uf 1只5． 其它 發(fā)光二極管 6只</p><p><b>　　五、實驗內容及方法</b></p><p>　　表12、4控制器狀態(tài)編碼與信號燈關系表</p><p>　　1．設計、組裝譯碼器電路，其輸出接甲、乙車道上的6只信號燈（實驗

17、時用發(fā)光二極管代替），驗證電路的邏輯功能。2．設計、組裝秒脈沖產生電路。 3．組裝、調試定時電路。當 CP信號為 1Hz正方波時，畫出CP、 Q0、 Q1、 Q2、Q3、Q4、TL．、TY的波形，并注意它們之間一的時序關系。</p><p>　　4．組裝、調試控制器電路。5．完成交通燈控制電路的聯(lián)調，并測試其功能。</p><p><b>　　總結</b><

18、;/p><p>　　由于我們剛學習過了數(shù)字電子電路對電子技術有了進一步的了解，但那都是一些理論的東西。通過這次交通燈的課程設計，我們才把學到的東西與實踐相結合。從中對我們學的知識有了更進一步的理解。</p><p>　　在此次的課程設計過程中，還參考一些電子設計書籍和互聯(lián)網上的有關器件及集成電路等方面的資料和借鑒了一些電子鐘的設計方法。通過這一系列的步驟使我更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各

19、芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。設計本身并不是有很重要的意義，而是同學們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。至于設計的成績無須看的太過于重要，而是設計的過程，設計的思想和設計電路中的每一個環(huán)節(jié)，電路中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應該注

20、意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。另外，我們設計要從市場需求出發(fā)，既要有強大的功能，又要在價格方面比同等檔次的便宜。雖然我們現(xiàn)在作的不可能到市場上去銷售，但我們要為以后作設計培養(yǎng)出好的習慣。</p><p>　　在這次設計過程中，我也對word、ptotel99、畫圖板等軟件有了更進一步的學習，這將給我在以后的工作中和學習中帶來一定的幫助。</p><p&

21、gt;<b>　　十、參考文獻；</b></p><p>　　1、《數(shù)字電路邏輯設計》，王毓銀主編,（第三版）高等教育出版社</p><p>　　2、《數(shù)字系統(tǒng)設計》，高書莉主編,北京郵電大學出版社</p><p>　　3. 《數(shù)字電路實驗報告書》，張亞婷編， 西安郵電學院</p><p>　　4. 《數(shù)字電子技術》,李