交通燈控制電路綜合設(shè)計

“交通燈控制與顯示電路”綜合設(shè)計實驗

一、實驗?zāi)康?．掌握組合邏輯電路的設(shè)計方法；2．掌握時序邏輯電路的設(shè)計方法；3．初步具備數(shù)字系統(tǒng)的綜合設(shè)計能力；4．學(xué)會數(shù)字電路的軟件仿真；5．掌握數(shù)字電路的安裝和調(diào)試方法。二、實驗說明該綜合實驗按分步實施方式進(jìn)行。全部實驗分為四部分：第一，方案設(shè)計；第二，組合邏輯電路的設(shè)計與實現(xiàn)；第三，時序邏輯電路的設(shè)計與實現(xiàn)；第四，采用CPLD/FPGA可編程器件實現(xiàn)整個實驗。該綜合設(shè)計實驗采用理論設(shè)計、軟件仿真和電路安裝與調(diào)試三步走，以提高學(xué)生的綜合設(shè)計與實踐動手能力。三、實驗元器件該綜合實驗采取兩種不同的技術(shù)手段實現(xiàn)：1．常用中、小規(guī)模數(shù)字電路：集成邏輯門、集成編碼器、集成譯碼器、集成數(shù)據(jù)選擇器、集成計數(shù)器等。2．CPLD/FPGA可編程器件。“交通燈控制與顯示電路”綜合設(shè)計實驗（1）——方案設(shè)計（課外完成）一、問題描述設(shè)計并實現(xiàn)一十字路口的紅、綠、黃三色交通燈控制與顯示電路，即每個路口設(shè)置一組紅、黃、綠交通燈，按圖1所示情況變化，以保證車輛、行人通行安全。圖1二、功能分析1．基本功能（見前面圖）2．?dāng)U展功能（1）特殊狀態(tài)控制功能特殊狀態(tài)如緊急車輛隨時通行功能受一開關(guān)控制，無急車時，信號燈按正常時序控制。有急車來時，將特殊狀態(tài)開關(guān)按下，不管原來信號燈的狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓兩個方向的紅燈同時點亮，禁止其它車輛通行，同時計時停止；特殊狀態(tài)結(jié)束后，恢復(fù)原來狀態(tài)繼續(xù)運行。（2）信號燈點亮?xí)r間預(yù)置功能控制電路在任何時候可根據(jù)實際情況修改信號燈點亮?xí)r間。（3）各路口交通燈故障報警功能（選做）交通燈控制電路發(fā)出警報，說明各路口交通燈同時熄滅或點亮的情況不符合預(yù)定要求。三、設(shè)計任務(wù)與要求

假設(shè)東西方向的綠燈點亮?xí)r間為Te，同時也是南北方向的禁行時間；南北方向的綠燈點亮?xí)r間為Ts，同時也是東西方向的禁行時間；此外，東西、南北方向的黃燈點亮?xí)r間均為Ty。1．參考圖1，定義交通燈的狀態(tài)，確定狀態(tài)表；2．根據(jù)實際交通燈轉(zhuǎn)換過程，設(shè)計交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；3．按交通燈的功能要求，設(shè)計系統(tǒng)的電路模塊圖。四、設(shè)計思路：1．參考圖1，定義交通燈的狀態(tài)，確定狀態(tài)表；狀態(tài)東西方向南北方向時間（s）S0綠燈亮紅燈亮TeS1黃燈亮紅燈亮TyS2紅燈亮綠燈亮TsS3紅燈亮黃燈亮Ty狀態(tài)東西方向南北方向時間（s）S0綠燈亮紅燈亮TeS1黃燈亮紅燈亮TyS2紅燈亮綠燈亮TsS3紅燈亮黃燈亮Ty狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2、、設(shè)設(shè)計計的的系系統(tǒng)統(tǒng)模模塊塊框框圖圖分分為為兩兩部部分分：第一一部部分分：組合合邏邏輯輯電電路路部部分分解決決三三個個問問題題：（1））不不同同狀狀態(tài)態(tài)下下交交通通燈燈的的控控制制；；（2））交交通通燈燈燈燈亮亮?xí)r時間間的的預(yù)預(yù)置置；；（3））交交通通燈燈燈燈亮亮?xí)r時間間的的顯顯示示。。狀態(tài)輸入狀態(tài)譯碼、輸出電路交通燈單元（6對）燈亮?xí)r間預(yù)置電路計時顯示電路（兩位）第二二部部分分：時序序邏邏輯輯電電路路部部分分解決決兩兩個個問問題題：（1））交交通通燈燈燈燈亮亮?xí)r時間間的的倒倒計計時時；；（2））交交通通燈燈不不同同狀狀態(tài)態(tài)的的產(chǎn)產(chǎn)生生及及其其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換；；狀態(tài)產(chǎn)生及其轉(zhuǎn)換電路時間倒計時電路時間顯示狀態(tài)輸出時間預(yù)置電路“交交通通燈燈控控制制與與顯顯示示電電路路””綜綜合合設(shè)設(shè)計計實實驗驗（（2））———組合合邏邏輯輯電電路路設(shè)設(shè)計計一、、任任務(wù)務(wù)與與要要求求由數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)選選擇擇器器、、譯譯碼碼器器和和集集成成門門等等集集成成電電路路器器件件設(shè)設(shè)計計““交交通通燈燈控控制制與與顯顯示示電電路路””中中的的組合合邏邏輯輯電電路路部部分分，具具體體要要求求如如下下：：（1））將將狀狀態(tài)態(tài)信信號號譯譯碼碼為為東東西西、、南南北北方方向向6對對交交通通燈燈的的控控制制信信號號，，實實現(xiàn)現(xiàn)正正常常時時序序控控制制功功能能；；（2））特特殊殊狀狀態(tài)態(tài)期期間間，，東東西西、、南南北北兩兩個個方方向向的的紅紅燈燈同同時時發(fā)發(fā)亮亮，，實實現(xiàn)現(xiàn)特特殊殊狀狀態(tài)態(tài)控控制制功功能能；；（3）將將東西方方向、南南北方向向的燈亮亮?xí)r間分分別用數(shù)數(shù)碼管顯顯示；（4）根根據(jù)不同同的狀態(tài)態(tài)信號分分別預(yù)置置相應(yīng)的的燈亮?xí)r時間數(shù)據(jù)據(jù)Te、、Ty、、Ts和和Ty，，其范圍圍為00～99s，2位BCD碼形形式；（5）寫寫出設(shè)計計步驟，，畫出設(shè)設(shè)計的邏邏輯電路路圖；（6）對對設(shè)計的的電路進(jìn)進(jìn)行仿真真、修改改，使仿仿真結(jié)果果達(dá)到設(shè)設(shè)計要求求；（7）安安裝并測測試電路路的邏輯輯功能。。二、設(shè)計計思路：：主要解決決三個問問題：（1）不不同狀態(tài)態(tài)下交通通燈的控控制；（2）交交通燈燈燈亮?xí)r間間的預(yù)置置；（3）交交通燈燈燈亮?xí)r間間的顯示示。狀態(tài)輸入狀態(tài)譯碼、輸出電路交通燈單元（6對）燈亮?xí)r間預(yù)置電路計時顯示電路（兩位）（1）狀狀態(tài)譯碼碼電路、、輸出電電路及其其交通燈燈單元的的設(shè)計思思路該電路的的主要功功能是依依據(jù)不同同的狀態(tài)態(tài)信號實實現(xiàn)對交交通燈的的控制。。其設(shè)計計框圖如如圖所示示?！盃顟B(tài)譯譯碼電路路”采用用二進(jìn)制制譯碼器器74LS138實現(xiàn)；“輸出電電路”采采用集成邏輯輯門實現(xiàn)；“交通燈燈單元””采用普普通的紅紅色、綠綠色和黃黃色發(fā)光二極極管；“接口電電路”起起信號驅(qū)驅(qū)動作用用，視實實驗情況況的不同同選用。。設(shè)燈亮為為“1””，燈滅滅為“0”，交交通燈的的4種狀狀態(tài)S0～S3分別編編碼為00、01、10、11，特殊狀態(tài)態(tài)用S表表示，進(jìn)入特特殊狀態(tài)態(tài)為“1”，這這時兩兩個方向向的紅燈燈同時點點亮，正正常狀態(tài)態(tài)為“0”。則則可列出真真值表（（學(xué)生做做）。特殊狀態(tài)正常狀態(tài)（4種）狀態(tài)指示信號（4種）東西方向交通燈（3種）南北方向交通燈（3種）SA1A0SQ0SQ1SQ2SQ3EGEREYSGSRSY1xx11110100100000111100010001101100101001011010101000111110010001（2）時時間預(yù)置置電路的的設(shè)計思思路該電路的的主要功功能是依據(jù)不同同的狀態(tài)態(tài)信號輸輸入相應(yīng)應(yīng)的時間間預(yù)置數(shù)數(shù)據(jù)，從而確確定交通通燈的燈燈亮?xí)r間間。狀態(tài)A1A0運行時間十位預(yù)置數(shù)據(jù)BCD碼個位預(yù)置數(shù)據(jù)BCD碼00Te（20s）0010000001Ty（5s）0000010110Ts（10s）0001000011Ty（5s）00000101時間預(yù)置置電路的的設(shè)計框框圖（3）計計時顯示示電路的的設(shè)計思思路將倒計時時電路產(chǎn)產(chǎn)生的輸輸出經(jīng)顯示譯碼碼器CD4511和數(shù)碼管管進(jìn)行顯顯示。三、原理理圖繪制制與電路路仿真用proteus軟件件繪制出出該電路路的原理理圖，對對所設(shè)計計的電路路進(jìn)行仿仿真實驗驗。在仿真過過程中，，分別改改變狀態(tài)信號號及特殊殊狀態(tài)信信號，驗證電電路的邏邏輯功能能是否達(dá)達(dá)到設(shè)計計要求。。四、電路路安裝與與調(diào)試1.電電路布局局在多孔電電路實驗驗板上裝裝配電路路時，首首先應(yīng)熟熟悉其結(jié)結(jié)構(gòu)。明明確哪些些孔眼是是連通的的，并安安排好電電源正、、負(fù)引出出線在實實驗板上上的位置置。電路布局局時應(yīng)安安排好各各個集成成塊的位位置，以以方便連連線為原原則。電電路與外外接儀器器的連接接端、測測試端要要布置合合理，便便于操作作。狀態(tài)態(tài)信號、、預(yù)置數(shù)數(shù)據(jù)的輸輸入端點點應(yīng)方便便改變其其電平。。2．安裝裝與調(diào)試試方法電路安裝裝前，要要先檢測測所用集集成電路路及其它它元器件件的好壞壞。安裝裝完成后后，要用用萬用表表檢測電電路接觸觸是否可可靠、電電源電壓壓大小、、極性是是否正確確。一切切正常后后才能通通電調(diào)試試。實驗調(diào)試試時，注注意發(fā)光光二極管管不能過過亮。如如果過亮亮，可串串接一個個100歐左右右的限流流電阻。。調(diào)試過程程中，最最好分塊進(jìn)行行，如首先先調(diào)試““狀態(tài)譯譯碼電路路”、然然后調(diào)調(diào)試“輸輸出電路路及其交交通燈單單元”，，最后調(diào)調(diào)試“時時間預(yù)置置電路””。五、設(shè)計計、仿真真及實驗驗問題研研究六、設(shè)計計與測試試報告要要求見實驗電電子文檔檔?！敖煌魺艨刂婆c與顯示電電路”綜綜合設(shè)計計實驗（（3）——時序邏輯輯電路設(shè)設(shè)計一、任務(wù)務(wù)與要求求由集成觸觸發(fā)器、、集成計計數(shù)器等等集成器器件設(shè)計計“交通通燈控制制電路””中的時序邏輯輯電路部部分，并在實實驗（2）的基基礎(chǔ)上完完成整個個控制電電路的調(diào)調(diào)試。具具體要求求如下：：（1）交交通燈的的不同狀狀態(tài)轉(zhuǎn)換換時分別別產(chǎn)生相相應(yīng)的狀狀態(tài)信號號；（2）對對交通燈燈不同狀狀態(tài)的燈燈亮?xí)r間間Te、、Ty、、Ts分分別進(jìn)行行減法計計數(shù)，實實現(xiàn)倒計計時功能能；（3）特特殊狀狀態(tài)期間間，計時時停止；；特殊狀狀態(tài)結(jié)束束后，恢恢復(fù)正常常計時；；（4）寫寫出設(shè)計計步驟，，畫出設(shè)設(shè)計的邏邏輯電路路圖；（5）對對設(shè)計的的電路進(jìn)進(jìn)行仿真真、修改改，使仿仿真結(jié)果果達(dá)到設(shè)設(shè)計要求求；（6）安安裝并測測試電路路的邏輯輯功能；；（7）將將實驗（（2）、、實驗(3)電電路連接接起來，，完成整整個控制制電路的的調(diào)試。。二、設(shè)計計思路（1）時時間倒計計時電路路的設(shè)計計思路該電路在在秒信號號作用下下，分別別以不同同狀態(tài)的的燈亮?xí)r時間Te、Ty、Ts和Ty作為開開始計時時的初始始值進(jìn)行行減法計計數(shù)循環(huán)環(huán)。每當(dāng)當(dāng)計計時時到到00時時，，向向““狀狀態(tài)態(tài)產(chǎn)產(chǎn)生生電電路路””發(fā)發(fā)出出計計時時結(jié)結(jié)束束信信號號。。改改變變這這些些初初始始值值即即可可實實現(xiàn)現(xiàn)信信號號燈燈點點亮亮?xí)r時間間修修改改的的功功能能。。采用用2片片具有有置置數(shù)數(shù)功功能能的集集成成十十進(jìn)進(jìn)制制加加/減減可可逆逆計計數(shù)數(shù)器器74LS192組成成時時間間倒倒計計時時電電路路。。時間間倒倒計計時時電電路路的的設(shè)設(shè)計計框框圖圖（2））狀狀態(tài)態(tài)產(chǎn)產(chǎn)生生電電路路的的設(shè)設(shè)計計思思路路該電電路路的的主主要要功功能能是是根根據(jù)據(jù)實實際際交交通通燈燈的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換過過程程，，產(chǎn)產(chǎn)生生相相應(yīng)應(yīng)的的狀狀態(tài)態(tài)信信號號供其其它它電電路路使使用用。根據(jù)據(jù)設(shè)設(shè)計計思思路路，，交交通通燈燈共共有有4個個不不同同狀狀態(tài)態(tài)：：00、、01、、10和和11。。只只有有當(dāng)當(dāng)?shù)沟褂嬘嫊r時時時間間結(jié)結(jié)束束時時交交通通燈燈的的狀狀態(tài)態(tài)才才發(fā)發(fā)生生變變化化，，故故可可將將““時時間間倒倒計計時時電電路路””產(chǎn)產(chǎn)生生的的計時時結(jié)結(jié)束束信信號號作作為為狀狀態(tài)態(tài)變變化化的的控控制制信信號號。。為此，，將該該信號號作為為一個個同步步2位位二進(jìn)進(jìn)制加加計數(shù)數(shù)器的的時鐘鐘脈沖沖即可可，計計數(shù)器器采用用JK觸觸發(fā)器器或D觸發(fā)發(fā)器實現(xiàn)。。三、原原理圖圖繪制制與電電路仿仿真用proteus軟軟件繪繪制出出該電電路的的原理理圖，，對所所設(shè)計計的電電路進(jìn)進(jìn)行仿仿真實實驗。。在仿真真過程程中，，分別別手工改改變每每個狀狀態(tài)的的時間間預(yù)置置數(shù)據(jù)據(jù)，觀察察電路路的仿仿真運運行結(jié)結(jié)果；；將實驗驗（2）、、實驗驗(3)電電路連連接起起來，，驗證證電路路的邏邏輯功功能是是否達(dá)達(dá)到設(shè)設(shè)計要要求。。四、電電路安安裝