課程設(shè)計(jì) 交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 電子信息與控制工程系課程設(shè)計(jì) 交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目： 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握綜合應(yīng)用理論知識(shí)和中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)方法 2、熟練掌握萬(wàn)用電表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱、示波器的正確使用方法。3、能識(shí)別和正確使用各種所需的集成塊、電阻、電位器等，熟悉集成塊的管腳功能結(jié)構(gòu)。4、自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)圖、檢查和排除故障。5、掌握調(diào)試及電路主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 有一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十指交叉路口，為確保車輛安全、迅速地行駛，在交叉路口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號(hào)燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間?？康浇芯€之外。設(shè)

2、計(jì)一個(gè)十字路口交通燈信號(hào)控制器，要求如下：1、 主干道和支干道交替放行，主干道每次放行時(shí)間30秒，支干道每次放行時(shí)間20秒。2、 每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮5秒，此時(shí)原紅燈不變。3、 用十進(jìn)制數(shù)字顯示放行及等待時(shí)間。3、 方案比較及總體方案的確定方案一：方案二：四、設(shè)計(jì)提示及參考電路 交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。狀態(tài)控制器主要用于記錄十字路口交通燈的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)譯碼器分別點(diǎn)亮相應(yīng)狀態(tài)的信號(hào)燈。秒信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生整個(gè)定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)基脈沖，通過減法計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖減計(jì)數(shù)，達(dá)到控制每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。減法計(jì)數(shù)器的回零脈沖使?fàn)顟B(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時(shí)狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個(gè)工作狀態(tài)決定

3、計(jì)數(shù)器下一次減計(jì)數(shù)的初始值。減法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)由bcd譯碼器譯碼、數(shù)碼管顯示。在黃燈亮期間，狀態(tài)譯碼器將秒脈沖引入紅燈控制電路，使紅燈閃爍。譯碼、顯示主干道信號(hào)燈支干道信號(hào)燈減法計(jì)數(shù)器狀態(tài)譯碼器紅燈閃爍控制置數(shù)控制狀態(tài)控制器秒脈沖發(fā)生器圖1 交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖1、 狀態(tài)控制器設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，各信號(hào)燈的工作順序流程如圖3所示。信號(hào)燈四種不同的狀態(tài)分別用s0（主綠燈亮、支紅燈亮）、s1（主黃燈亮、支紅燈閃爍）、s2（主紅燈亮、支綠燈亮）、s3（主紅燈閃爍、支黃燈亮）表示，其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。圖2圖狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換主干道綠燈亮支干道紅燈亮（30進(jìn)制計(jì)數(shù)器減1）主干道黃燈亮支干道

4、紅燈閃爍（5進(jìn)制計(jì)數(shù)器減1）主干道紅燈亮支干道綠燈亮（20進(jìn)制計(jì)數(shù)器減1）主干道紅燈閃爍支干道黃燈亮（5進(jìn)制計(jì)數(shù)器減1）圖3信號(hào)燈的工作順序流程顯然，這是一個(gè)二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。可采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74ls90構(gòu)成狀態(tài)控制器，電路如圖5。異步計(jì)數(shù)器74ls90引管腳圖及功能表真值表如下表1所示；74ls90為中規(guī)模ttl集成計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)二分頻、五分頻和十分頻等功能，它由一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。其引腳排列圖4和功能表如下所示：表1 74ls90的功能表圖4 74ls90的引腳排列圖圖5用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74ls90構(gòu)成狀態(tài)控制器2、 狀態(tài)譯碼器主、支干道上紅、黃、綠信號(hào)燈的狀態(tài)

5、主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。它們之間的關(guān)系見真值表2。對(duì)于信號(hào)燈的狀態(tài)，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。表2 信號(hào)燈信號(hào)的狀態(tài)根據(jù)真值表，可求出各信號(hào)燈的邏輯函數(shù)表達(dá)式為：主干道：支干道： 現(xiàn)選擇半導(dǎo)體發(fā)光二極管模擬交通燈，由于門電路的帶灌電流的能力一般比帶拉電流的能力強(qiáng)，要求門電路輸出低電平時(shí)，點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管。故狀態(tài)譯碼器的電路組成見圖6所示。圖6 狀態(tài)譯碼器的電路3、 秒信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生秒信號(hào)的電路有多種形式，555定時(shí)器在實(shí)際應(yīng)用中，除了單一品種的電路外，還可組合出很多不同電路，如：多個(gè)單穩(wěn)、多個(gè)雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)，雙穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)的組合等。利用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，其管腳如下圖

6、7所示。圖8是利用555定時(shí)器組成的秒信號(hào)發(fā)生器及其產(chǎn)生的波形圖。因?yàn)樵撾娐份敵雒}沖的周期為： 。 若t=1s ，令 c=10，r1=47k，則。此時(shí)。圖7 555定時(shí)器的引腳圖圖8 555定時(shí)器組成的秒信號(hào)發(fā)生器及它所輸出的波形4、 定時(shí)系統(tǒng)(數(shù)碼的譯碼顯示)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，交通燈控制系統(tǒng)要有一個(gè)能自動(dòng)裝入不同定時(shí)時(shí)間的定時(shí)器，以完成30s、20s、5s的定時(shí)任務(wù)，其時(shí)間的預(yù)置狀態(tài)如表3所示。表3 時(shí)間預(yù)置的狀態(tài)74ls190是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它是靠加/減控制端來實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù)和減法計(jì)數(shù)的。其引腳排列如圖9，功能表如表4所示。表4 74ls190功能表 圖9 74ls190集成芯片引腳圖7

7、4ls190引腳說明：co/bo：進(jìn)位輸出/借位輸出端cp：時(shí)鐘輸入端：計(jì)數(shù)控制端（低電平有效）d0d3：并行數(shù)據(jù)輸入端：異步并行置入控制端（低電平有效）q0q3：輸出端：行波時(shí)鐘輸出端（低電平有效）：加/減計(jì)數(shù)方式控制端時(shí)序圖：圖10 74ls190 時(shí)序圖74ls190的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（cp）狀態(tài)如何，輸出端（q0q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（d0d3）相一致的狀態(tài)。74ls190的計(jì)數(shù)是同步的，靠cp同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)計(jì)數(shù)控制端（）為低電平時(shí)，在cp 上升沿作用下q0q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制（）

8、為低電平時(shí)進(jìn)行加計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制（）為高電平時(shí)進(jìn)行減計(jì)數(shù)。只有在cp為高電平時(shí)，和才可以跳變。74ls190有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)上溢或下溢時(shí)，進(jìn)位/借位輸出端（co/bo）輸出一個(gè)寬度約等于cp脈沖周期的高電平脈沖；行波時(shí)鐘輸出端（）輸出一個(gè)寬度等于cp低電平部分的低電平脈沖。利用端可級(jí)聯(lián)成n位同步計(jì)數(shù)器。當(dāng)采用并行cp控制時(shí)，則將接到后一級(jí)；當(dāng)采用并行控制時(shí)，則將接到后一級(jí)cp，其定時(shí)器工作不分電路如下圖12所示。其中顯示譯碼芯片7段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器cd4511芯片，其管腳圖下圖11所示，圖 11 段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器cd4511管腳圖cd4511引腳說明：a0 a3：并行數(shù)據(jù)輸入端

9、：輸出消隱控制端le：數(shù)據(jù)鎖定控制：燈測(cè)試vdd：正電源vss：地yayb：數(shù)據(jù)輸出端功能表：表 5段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器cd4511功能表圖12 定時(shí)器部分的工作圖五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材及主要電子器件1 示波器 27段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器cd4511 2片3ne555集成定時(shí)器 1片4非同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls90 1片5十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74ls190 2片6四2輸入與非門74ls00 1片7. 四2輸入與門74ls08 1片8. 四2輸入或門74ls32 1片9發(fā)光二極管 7個(gè)10電阻，電容若干六、仿真及設(shè)計(jì)報(bào)告要求1、 按照設(shè)計(jì)任務(wù)要求畫出十字路口交通信號(hào)燈控制的電路圖，列出元器件清單。2

10、、 在數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱上插接電路。3、 擬定測(cè)試內(nèi)容及步驟，選擇測(cè)試儀器，列出有關(guān)的測(cè)試表格。4、 進(jìn)行單元電路調(diào)試和整機(jī)調(diào)試。5、 進(jìn)行故障分析、精度分析，并對(duì)圖以及功能評(píng)價(jià)。6、 寫出總結(jié)報(bào)告，涉及收獲及體會(huì)。七、收獲、心得體會(huì)和建議查找教材，資料，相應(yīng)軟件，為了這次課程設(shè)計(jì)，我們?cè)趫D書館查找了大量的相關(guān)資料，終于被我找全了和本次課程設(shè)計(jì)相關(guān)的不懂問題。根據(jù)所分析的系統(tǒng)的電路原理圖，結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在wewb32環(huán)境下進(jìn)行元器件之間的連線和編譯與仿真，及時(shí)檢查元器件的放置、連線是否有錯(cuò)誤。 根據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，排除所有實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤并實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。在老師的指導(dǎo)下，通過學(xué)

11、習(xí)交通燈系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)一種設(shè)計(jì)電子的軟件，增加了我們對(duì)電子設(shè)計(jì)的了解。通過這次課程設(shè)計(jì)我們對(duì)于eda技術(shù)多多少少有了一些了解，eda技術(shù)發(fā)展迅速，有著廣闊的應(yīng)用前景，設(shè)計(jì)面廣，內(nèi)容豐富，它用軟件的方法設(shè)計(jì)硬件；用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成的；在設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真；系統(tǒng)可現(xiàn)場(chǎng)編程，在線升級(jí)；整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，體積小，功率低，可靠性高。eda技術(shù)以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方法，以計(jì)算機(jī)，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動(dòng)完成用軟件方式

12、設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯，邏輯化簡(jiǎn)，邏輯分割，邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線，邏輯仿真，直至特定目標(biāo)芯片的適配便宜，邏輯映射，編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)。其中大規(guī)?？删幊唐骷抢胑da技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的載體，硬件描述語(yǔ)言是利用eda技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要表達(dá)手段，軟件開發(fā)工具是利用eda技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化的自動(dòng)化設(shè)計(jì)工具，實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)則是利用eda技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的下載工具及硬件驗(yàn)證工具。此次實(shí)驗(yàn)不但提高了我們實(shí)踐的能力和理論水平，而且對(duì)于我們認(rèn)識(shí)掌握各種操作技巧具有重大意義，使我們的綜合素質(zhì)得到了很大的提高。當(dāng)然，通過這次實(shí)習(xí)，對(duì)我的影響遠(yuǎn)不只以上這些，它對(duì)我在以后的學(xué)習(xí)和生活中將會(huì)起到不可估量的作用。因此，學(xué)校安排的這次課程設(shè)計(jì)的目的顯然會(huì)在我們這些人上得到體現(xiàn)。最后，我建議學(xué)校多搞些這樣的設(shè)計(jì)，在鍛煉我們的同時(shí)還豐富了我們的生活，還建議在今后的設(shè)計(jì)報(bào)告中，提供一些好的報(bào)告讓我們參考，謝謝！八、參考文獻(xiàn)1 孟貴胥,王兢.數(shù)字電子技術(shù).大連理工大學(xué)出版社2 夏宇聞.復(fù)雜數(shù)字電路與系統(tǒng)的verilog-hdl設(shè)計(jì)技術(shù).北京航空航