(完整word版)交通燈課程設(shè)計.doc

1、數(shù)字邏輯課程設(shè)計報告姓名：學(xué)號：選課號：一、設(shè)計題目交通燈控制器二、設(shè)計要求1東西方向為主干道，南北方向為副干道；2主干道通行40 秒后，若副干道無車，仍主干道通行，否則轉(zhuǎn)換；4換向時要有4 秒的黃燈期；5南北通行時間為20 秒，到時間則轉(zhuǎn)換，若未到時，但是南北方向已經(jīng)無車，也要轉(zhuǎn)換。6附加：用數(shù)碼管顯示計時。三、設(shè)計過程1交通控制燈總體設(shè)計方案整個交通控制燈電路可以用主控電路控制交通燈電路的亮燈順序，用計數(shù)器控制亮燈時間并給譯碼器輸入信號以便數(shù)碼管顯示時間，用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為 1Hz 的矩形波信號以供計數(shù)器計數(shù)。 框圖如下：顯示器主干道信號燈計數(shù)器主控電路信號燈副干道單位脈沖信號燈十字路

2、口車輛運行情況只有4 種可能（在副干道有車時） ：(1) 設(shè)開始時主干道通行，支干道不通行，這種情況下主綠燈和支紅燈亮，持續(xù)時間為 40s。(2) 40s 后，主干道停車，支干道仍不通行，這種情況下主黃燈和支紅燈亮，持續(xù)時間為 4s。(3) 4s 后，主干道不通行，支干道通行，這種情況下主紅燈和支綠燈亮，持續(xù)時間為 20s。(4) 20s 后，主干道仍不通行，支干道停車，這種情況下主紅燈和支黃燈亮，持續(xù)時間為 4s。4s 后又回到第一種情況，如此循環(huán)反復(fù)。因此，要求主控制電路也有 4 種狀態(tài)，設(shè)這 4 種狀態(tài)依次為： S0、S1、S2、S3。即：主干道綠燈亮，副干道紅燈亮計數(shù)器由 0 到 40

3、 遞增計數(shù)（ S0）40S 后副干道無車40S 后副干道有車主干道黃燈亮，支干道紅燈亮計數(shù)器由 0 到 5 遞增計數(shù) (S1)主干道紅燈亮，支干道綠燈亮計數(shù)器由 0 到 20 遞增計數(shù) (S2)20S 后副干道有車未過 20s 但副干道已無車主干道紅燈亮，支干道黃燈亮計數(shù)器由 0 到 4 遞增計數(shù) (S3)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：副干道無車40s 后S0S14s 后20s 未到，4s 后但已無車S3S220s 后狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖這四個狀態(tài)可以用用一個4 進制的異步清零計數(shù)器 (74LS160)進行控制并作為主控部分， 控制亮燈的順序。再用兩片計數(shù)器 (74LS160)控制亮燈時間，分別計數(shù)40、20、4。2

4、主控電路主控電路是由一塊74LS160 接成的 4 進制計數(shù)器， 即當(dāng) QC 為 1時用異步清零法立刻將計數(shù)器清為零，同時，另外兩片74LS160 計數(shù)器產(chǎn)生的清零信號與主控電路的計數(shù)器的計數(shù)CLK 連接，即當(dāng)計數(shù)器一次計數(shù)完成后（一種的狀態(tài)的亮燈時間過后），計數(shù)器清零，同時主控電路 CLK 接收一個脈沖，跳至下一狀態(tài)。如此循環(huán)變可實現(xiàn)四個狀態(tài)的輪流轉(zhuǎn)換。3計數(shù)器計數(shù)器的作用：一是根據(jù)主干道和副干道車輛運行時間以及黃燈切換時間的要求，進行 40s、20s、4s 3 種方式的計數(shù)；二是向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，主控制器根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。計數(shù)器除需要單位脈沖作時鐘信號外， 還應(yīng)受主控

5、制器的狀態(tài)控制。計數(shù)器的工作情況為： 計數(shù)器在主控制器進入狀態(tài) S0時開始 40s 計數(shù)；若在 S0 狀態(tài)的 40s 過后，副干道沒有車，則使主控制器始終清零，保持在 S0 狀態(tài)（單刀雙擲開關(guān)處于高電平） ，繼續(xù)保持主干道路燈亮，副干道紅燈亮。 40s 后如果副干道有車，則恢復(fù)主控制器正常狀態(tài)（單刀雙擲開關(guān)處于低電平） ，計數(shù)器產(chǎn)生歸零脈沖，并向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，使計數(shù)器歸零，主控制器進入狀態(tài) S1，計數(shù)器開始 4s 計數(shù)， 4s 后又產(chǎn)生歸零脈沖，并向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，使計數(shù)器歸零，主控制器進入狀態(tài) S2，計數(shù)器開始 20s 計數(shù)；如果副干道一直有車則 20s 后也產(chǎn)生歸零脈

6、沖， 使主控制器進入 S3 狀態(tài)，如果在 20s 內(nèi)沒有車，則給主控制器傳送一個脈沖信號（即按下按鍵開關(guān)，此時單刀雙擲開關(guān)處于低電平） ，使主控制器直接跳到 S3 狀態(tài)，同時計數(shù)器清零，計數(shù)器又開始4s 計數(shù)； 4s 后同樣產(chǎn)生歸零脈沖，并向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，使計數(shù)器歸零，主控制器回到狀態(tài)S0，開始新一輪循環(huán)。根據(jù)以上分析， 設(shè) 40s、4s 、20s、4s 計數(shù)的清零信號分別為A、B、C，D，S0 狀態(tài)時副干道有車信號為P，S2 狀態(tài)時副干道有車信號為 Q，則計數(shù)器的歸零信號 S為： S=A+B+C+D+Q A=X 0 X 1 （Q2高位）B=X0 X1(Q1高位)C=X0 X1(Q

7、2低位)D=X0 X1(Q2低位)Q=1主控制器的歸零信號為：P=X0X11電路圖如下：4 燈控電路主控制器的 4 種狀態(tài)分別要控制主、支干道紅、黃、綠燈的亮與滅。設(shè)燈亮為 1，燈滅為 0，則交通控制燈的譯碼電路的真值表如下：交通控制燈的譯碼電路的真值表主控制器狀態(tài)主干道支干道X1X0紅燈 R黃燈 Y綠燈 G紅燈 R1黃燈 Y1綠燈 G1S000001100S101010100S210100001S311100010由真值表可寫出六盞等的邏輯式,經(jīng)化簡獲的六盞燈邏輯式為：RX1YX1X 0GX1 X0R1X1Y1 X1X0G1X1X0根據(jù)燈控函數(shù)邏輯表達式, 可畫出由與門和非門組成的狀態(tài)譯碼器

8、電路 , 如圖所示。將狀態(tài)控制器，與三色信號燈相連接，構(gòu)成三色信號燈邏輯控制電路，如圖所示：5交通控制燈原理圖元件清單為：元件名稱元件個數(shù)備注計數(shù)器 74LS1603 塊CLK 低電平有效與門10 塊與非門1 塊非門6 塊或非門2 塊按鍵開關(guān)1 個按下自動彈回單刀雙擲開關(guān)1 個7 段數(shù)碼管2 塊自帶譯碼器函數(shù)發(fā)生器1 塊頻率調(diào)至 1Hz交通燈6 個紅、綠、黃燈各2 個6 74LS160 功能簡介74LS160 芯片是一個具有清零、置數(shù)、保持、十進制計數(shù)等功能的計數(shù)器。其引腳圖如下：CLR 是清零端，低電平有效；CLK 是脈沖輸入端口， 低電平有效；（一般情況下 CLK 為高電平有效， 本次實驗

9、的 CLK 是低電平有效， 設(shè)計電路要特別注意）ABCD 數(shù)據(jù)輸入端；LOAD 為預(yù)置端，低電平有效；QaQbQcQd數(shù)據(jù)輸出端；74LS160真值表清零預(yù)置RDLD010111111使能時預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出工作模式鐘EP ETCPDDD DQQ Q Q0321032100 00異步清零d3d2d1d0d3d2d1 d0同步置數(shù)0保持數(shù)據(jù)保持 0保持數(shù)據(jù)保持11十進制計數(shù)加法計數(shù)四、設(shè)計結(jié)論1 數(shù)碼管時序圖上圖是 0-18s 的時序圖， 0-10s 內(nèi)，低位從 0 變到 9，高位為 0，當(dāng)?shù)臀粡?9 變?yōu)?0 時，高位從 0 變?yōu)?1，低位繼續(xù)計數(shù)至輸出 39。2 主控制器時序圖當(dāng)高位計數(shù)至3、

10、低位計數(shù)至 9，即過了 40s，S0 狀態(tài)結(jié)束，主控制器由 00 變?yōu)?01，同時高位與低位同時清零，進入狀態(tài) S1 的計數(shù)， 4s 后，主控制器由 01 變?yōu)?10，進入狀態(tài) S2，同時高位與低位同時清零，進行 20s 的計數(shù)，之后進入 S3 狀態(tài)，最后再回到 S0 狀態(tài)，如此循環(huán)。3 交通燈時序圖當(dāng) 40s 時，主控制器由 00 變?yōu)?01，則主干道綠燈滅，副干道不變，在主控制器為 01 的 4s 內(nèi)，主干道黃燈一直亮， 4s 后，主干道黃燈滅，紅燈亮，副干道由紅燈變?yōu)榫G燈，進入 S2 狀態(tài)； S2 狀態(tài)結(jié)束時已經(jīng)是總第 64s，進入 S3 時，主干道維持不變，副干道綠燈滅，黃燈亮，由 S

11、3 進入 S0 時，主干道紅燈滅，綠燈亮，副干道黃燈滅，紅燈亮，然后重復(fù)。4 特殊情況（副干道無車）時序圖當(dāng)主干道通行時， 40s 后副干道無車，則將單刀雙擲開關(guān)撥至高電平 ( 圖中雙擲開關(guān)一直處在高電平) ，由上圖可以看到40s 后主控制器仍處在 S0 狀態(tài)，兩個數(shù)碼管歸零，重新計數(shù)。脈沖當(dāng)單刀雙擲開關(guān)撥至低電平，在S2 狀態(tài)內(nèi)（總第44-64s 內(nèi)），若副干道無車，則按下按鍵開關(guān)，給一個脈沖（由于時間極短，原圖中未能顯示，上圖中的脈沖式加上去的，便于觀察），則主控制器直接跳入 S2 狀態(tài)，同時譯碼管歸零，重新開始S2狀態(tài)的計數(shù)。5 結(jié)果分析通過以上分析，交通控制燈的要求全部實現(xiàn)。6 設(shè)計中

12、遇到的問題（ 1）交通 74LS160 的 CLK 是低電平有效， 設(shè)計的時候應(yīng)特別注意；（ 2）剛開始設(shè)計時，把低位 74LS160 的 RCO 通過反相器連到高位的 CLK 上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)臀粩?shù)碼管顯示 9 時，高位已經(jīng)變成 1，后改成現(xiàn)在的連接方式，即并行級聯(lián)方式。（3）剛開始總的設(shè)計思路總想不出來，后來通過翻閱有關(guān)書籍和上網(wǎng)查詢，最終確定了試驗總體思路；（ 4）實驗中 CLK 的產(chǎn)生本應(yīng)使用 555 定時器，但沒有調(diào)出來，由于電子實驗課上使用的是 1Hz 的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生脈沖，故本實驗也采用這種方式。7 設(shè)計心得和體會本次實驗采用multisim 搭建電路，最后仿真成功。 設(shè)計過程中出現(xiàn)了不少