課程設計--- 交通信號燈系統(tǒng)設計

1、<p>　　電子信息與控制工程系課程設計</p><p>　　交通信號燈系統(tǒng)設計 </p><p>　　題目： 交通信號燈控制系統(tǒng)</p><p><b>　　一、實驗目的</b></p><p>　　1、掌握綜合應用理論知識和中規(guī)模集成電路設計方法 </p><p&

2、gt;　　2、熟練掌握萬用電表、函數(shù)信號發(fā)生器、數(shù)字電路實驗箱、示波器的正確使用方法。</p><p>　　3、能識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構。</p><p>　　4、自行設計實驗圖、檢查和排除故障。</p><p>　　5、掌握調試及電路主要技術指標的測試方法</p><p><b>

3、　　二、設計內(nèi)容及要求</b></p><p>　　有一條主干道和一條支干道的匯合點形成十指交叉路口，為確保車輛安全、迅速地行駛，在交叉路口的每個入口處設置了紅、綠、黃三色信號燈。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間?？康浇芯€之外。設計一個十字路口交通燈信號控制器，要求如下：</p><p>　　主干道和支干道交替放行，主干道每次放行時間30秒，支干道

4、每次放行時間20秒。</p><p>　　每次綠燈變紅燈時，黃燈先亮5秒，此時原紅燈不變。</p><p>　　用十進制數(shù)字顯示放行及等待時間。</p><p>　　方案比較及總體方案的確定</p><p><b>　　方案一：</b></p><p><b>　　方案二：</b&

5、gt;</p><p>　　四、設計提示及參考電路</p><p>　　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)譯碼器分別點亮相應狀態(tài)的信號燈。秒信號發(fā)生器產(chǎn)生整個定時系統(tǒng)的時基脈沖，通過減法計數(shù)器對秒脈沖減計數(shù)，達到控制每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時間。減法計數(shù)器的回零脈沖使狀態(tài)控制器完成狀態(tài)轉換，同時狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個工作狀態(tài)決定計數(shù)器

6、下一次減計數(shù)的初始值。減法計數(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。</p><p>　　圖1 交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖</p><p><b>　　狀態(tài)控制器設計</b></p><p>　　根據(jù)設計要求，各信號燈的工作順序流程如圖3所示。信號燈四種不同的狀態(tài)分別用S0（主綠燈亮

7、、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)轉換圖如圖2所示。</p><p>　　圖2圖狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉換</p><p>　　圖3信號燈的工作順序流程</p><p>　　顯然，這是一個二位二進制計數(shù)器。可采用中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構成狀態(tài)控制器，電路如圖5。異步計數(shù)器74LS9

8、0引管腳圖及功能表真值表如下表1所示；74LS90為中規(guī)模TTL集成計數(shù)器，可實現(xiàn)二分頻、五分頻和十分頻等功能，它由一個二進制計數(shù)器和一個五進制計數(shù)器構成。其引腳排列圖4和功能表如下所示：</p><p>　　表1 74LS90的功能表</p><p>　　圖4 74LS90的引腳排列圖</p><p>　　圖5用中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構成狀態(tài)控制器<

9、;/p><p><b>　　狀態(tài)譯碼器</b></p><p>　　主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。它們之間的關系見真值表2。對于信號燈的狀態(tài)，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。</p><p>　　表2 信號燈信號的狀態(tài)</p><p>　　根據(jù)真值表，可求出各信號燈的邏輯函數(shù)表達式為

10、：</p><p>　　主干道：支干道：</p><p>　　現(xiàn)選擇半導體發(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，要求門電路輸出低電平時，點亮相應的發(fā)光二極管。故狀態(tài)譯碼器的電路組成見圖6所示。</p><p>　　圖6 狀態(tài)譯碼器的電路</p><p><b>　　秒信號產(chǎn)生器</b&g

11、t;</p><p>　　產(chǎn)生秒信號的電路有多種形式，555定時器在實際應用中，除了單一品種的電路外，還可組合出很多不同電路，如：多個單穩(wěn)、多個雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無穩(wěn)，雙穩(wěn)和無穩(wěn)的組合等。利用555定時器構成的多諧振蕩器，其管腳如下圖7所示。圖8是利用555定時器組成的秒信號發(fā)生器及其產(chǎn)生的波形圖。因為該電路輸出脈沖的周期為： 。 若T=1S ，令 C=10，R1=47K，則。</p&g

12、t;<p><b>　　此時。</b></p><p>　　圖7 555定時器的引腳圖</p><p>　　圖8 555定時器組成的秒信號發(fā)生器及它所輸出的波形</p><p>　　4、 定時系統(tǒng)(數(shù)碼的譯碼顯示)</p><p>　　根據(jù)設計要求，交通燈控制系統(tǒng)要有一個能自動裝入不同定時時間的定時器，

13、以完成30s、20s、5s的定時任務，其時間的預置狀態(tài)如表3所示。</p><p>　　表3 時間預置的狀態(tài)</p><p>　　74LS190是同步十進制可逆計數(shù)器，它是靠加/減控制端來實現(xiàn)加法計數(shù)和減法計數(shù)的。其引腳排列如圖9，功能表如表4所示。</p><p>　　表4 74LS190功能表 </p><p&g

14、t;　　圖9 74LS190集成芯片引腳圖</p><p>　　74LS190引腳說明：</p><p>　　CO/BO：進位輸出/借位輸出端</p><p><b>　　CP：時鐘輸入端</b></p><p>　?。河嫈?shù)控制端（低電平有效）</p><p>　　D0～D3：并行數(shù)據(jù)輸入端&l

15、t;/p><p>　　：異步并行置入控制端（低電平有效）</p><p><b>　　Q0～Q3：輸出端</b></p><p>　?。盒胁〞r鐘輸出端（低電平有效）</p><p>　?。杭?減計數(shù)方式控制端</p><p><b>　　時序圖：</b></p>&

16、lt;p>　　圖10 74LS190 時序圖</p><p>　　74LS190的預置是異步的。當置入控制端（）為低電平時，不管時鐘端（CP）狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端（D0～D3）相一致的狀態(tài)。</p><p>　　74LS190的計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當計數(shù)控制端（）為低電平時，在CP 上升沿作用下Q0～Q3同時變化，從而

17、消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當計數(shù)方式控制（）為低電平時進行加計數(shù)；當計數(shù)方式控制（）為高電平時進行減計數(shù)。只有在CP為高電平時，和才可以跳變。</p><p>　　74LS190有超前進位功能。當計數(shù)上溢或下溢時，進位/借位輸出端（CO/BO）輸出一個寬度約等于CP脈沖周期的高電平脈沖；行波時鐘輸出端（）輸出一個寬度等于CP低電平部分的低電平脈沖。利用端可級聯(lián)成N位同步計數(shù)器。當采用并行CP控制時，則將接

18、到后一級；當采用并行控制時，則將接到后一級CP，其定時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/驅動器CD4511芯片，其管腳圖下圖11所示，</p><p>　　圖 11 段鎖存譯碼器/驅動器CD4511管腳圖</p><p>　　CD4511引腳說明：</p><p>　　A0 ~A3：并行數(shù)據(jù)輸入端</p><p>

19、;<b>　?。狠敵鱿[控制端</b></p><p><b>　　LE：數(shù)據(jù)鎖定控制</b></p><p><b>　?。簾魷y試</b></p><p><b>　　VDD：正電源</b></p><p><b>　　Vss：地</b&

20、gt;</p><p>　　Ya~Yb：數(shù)據(jù)輸出端</p><p><b>　　功能表：</b></p><p>　　表 5段鎖存譯碼器/驅動器CD4511功能表</p><p>　　圖12 定時器部分的工作圖</p><p>　　五、實驗設備與器材及主要電子器件</p><

21、p>　　1 示波器 </p><p>　　2．7段鎖存譯碼器/驅動器CD4511 2片</p><p>　　3．NE555集成定時器 1片</p><p>　　4．非同步十進制計數(shù)器74LS90 1片</p><p>　　5．十進制同步加/減計數(shù)器74LS1

22、90 2片</p><p>　　6．四2輸入與非門74LS00 1片</p><p>　　7. 四2輸入與門74LS08 1片</p><p>　　8. 四2輸入或門74LS32 1片</p><p>　　9．發(fā)光二極管 7個&

23、lt;/p><p>　　10．電阻，電容若干</p><p>　　六、仿真及設計報告要求</p><p>　　按照設計任務要求畫出十字路口交通信號燈控制的電路圖，列出元器件清單。</p><p>　　在數(shù)字邏輯實驗箱上插接電路。</p><p>　　擬定測試內(nèi)容及步驟，選擇測試儀器，列出有關的測試表格。</p>

24、<p>　　進行單元電路調試和整機調試。</p><p>　　進行故障分析、精度分析，并對圖以及功能評價。</p><p>　　寫出總結報告，涉及收獲及體會。</p><p>　　七、收獲、心得體會和建議</p><p>　　查找教材，資料，相應軟件，為了這次課程設計，我們在圖書館查找了大量的相關資料，終于被我找全了和本次課程設

25、計相關的不懂問題。</p><p>　　根據(jù)所分析的系統(tǒng)的電路原理圖，結合系統(tǒng)的設計要求，在WEWB32環(huán)境下進行元器件之間的連線和編譯與仿真，及時檢查元器件的放置、連線是否有錯誤。</p><p>　　根據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過實驗，排除所有實驗中的錯誤并實現(xiàn)了預定的功能。</p><p>　　在老師的指導下，通過學習交通燈系統(tǒng)控制器的設計的實驗，學習一種設計

26、電子的軟件，增加了我們對電子設計的了解。</p><p>　　通過這次課程設計我們對于EDA技術多多少少有了一些了解，EDA技術發(fā)展迅速，有著廣闊的應用前景，設計面廣，內(nèi)容豐富，它用軟件的方法設計硬件；用軟件方式設計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉換是由有關的開發(fā)軟件自動完成的；在設計過程中可用有關軟件進行各種仿真；系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級；整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，體積小，功率低，可靠性高。EDA技術以大規(guī)?？删幊踢壿嬈?/p>

27、件為設計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方法，以計算機，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設計工具，通過有關的開發(fā)軟件，自動完成用軟件方式設計的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯，邏輯化簡，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)或專用集成芯片的一門新技術。其中大規(guī)模可編程器件是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的載體，硬件描述語言是利用E

28、DA技術進行電子系統(tǒng)設計的主要表達手段，軟件開發(fā)工具是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的智能化的自動化設計工具，實驗開發(fā)系統(tǒng)則是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的下載工具及硬件驗證工具。</p><p>　　此次實驗不但提高了我們實踐的能力和理論水平，而且對于我們認識掌握各種操作技巧具有重大意義，使我們的綜合素質得到了很大的提高。當然，通過這次實習，對我的影響遠不只以上這些，它對我在以后的學習和生活中將會起到不可估量

29、的作用。因此，學校安排的這次課程設計的目的顯然會在我們這些人上得到體現(xiàn)。</p><p>　　最后，我建議學校多搞些這樣的設計，在鍛煉我們的同時還豐富了我們的生活，還建議在今后的設計報告中，提供一些好的報告讓我們參考，謝謝！</p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　1 孟貴胥,王兢.數(shù)字電子技術.大連理工大學出版社

30、</p><p>　　2 夏宇聞.復雜數(shù)字電路與系統(tǒng)的Verilog-HDL設計技術.北京航空航天大學出版社. 1998</p><p>　　3 畢滿清主編.電子技術實驗與課程設計.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　4 張克農(nóng)編.數(shù)字電子技術基礎.北京：高等教育出版社，2003</p><p>　　5 謝云等編.現(xiàn)代

31、電子技術實踐課程指導.北京：機械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　6 李國麗，朱維勇，欒銘編著.EDA與數(shù)字系統(tǒng)設計.北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p><b>　　九、附錄</b></p><p><b>　　附錄1：完整仿真圖</b></p><p>　　附錄2：Protel