數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)——交通燈控制電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目:交通燈控制電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生學(xué)號(hào)：</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名：</b></p><p><b>　　專業(yè)班級(jí)：</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(shè)計(jì)任務(wù)與要求1．設(shè)計(jì)一個(gè)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(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒；2．要求黃燈先亮5秒，才能變換運(yùn)行車道；3．黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次 。二、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求1．復(fù)習(xí)數(shù)字

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。2．復(fù)習(xí)多路數(shù)據(jù)選擇器、二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器的工作原理。3．根據(jù)交通燈控制系統(tǒng)框圖，畫出完整的電路圖。三、設(shè)計(jì)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(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)

4、，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)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(shí)間間隔為25秒，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=0。      TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0。      ST：表示

5、定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。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(jī)）</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(shí)間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀

6、態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)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(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)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(shí)間間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)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(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。     交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)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(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)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(shè)控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當(dāng)S0的持續(xù)時(shí)間小于25秒時(shí)，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當(dāng)S0的持續(xù)時(shí)間等于25秒時(shí)，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST（用條件輸出框表示ST

9、），并轉(zhuǎn)換到下一個(gè)工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所表達(dá)的含義。</p><p>　　3．單元電路的設(shè)計(jì)   （1）定時(shí)器    定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)ST作用下，首先清零，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從零開始進(jìn)行增1計(jì)數(shù)，向控制器提供模5的定時(shí)信號(hào)TY和模25的定時(shí)信號(hào)T

10、L。   </p><p>　　計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS163進(jìn)行設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。74LS163是4位二進(jìn)制同步計(jì)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(shí)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(jì) 圖12、2 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進(jìn)位輸出端，

11、D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0～Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。由兩片74LS163級(jí)聯(lián)組成的定時(shí)器電路如圖12、4所示。電路的工作原理請(qǐng)自行分析。 </p><p>　　圖12、3 74LS163的外引線排列圖和時(shí)序波形圖</p><p>　　74LS163的時(shí)序波形圖</p><p>　　（2）控制器    控制器是交通管理的核心

12、，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表12、3所示。選用兩個(gè)D觸發(fā)器FF1、FFO做為時(shí)序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1＝ 00狀態(tài)時(shí)，如果TL＝ 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1＝ 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無(wú)關(guān)，所以用無(wú)關(guān)項(xiàng)"X"表示。其余情況依次類推，同時(shí)表

13、中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST。</p><p>　　表12、2 74LS163功能表</p><p>　　表12、3 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表</p><p>　　根據(jù)表12、3、可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號(hào)方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)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(xiàng)相或，即可得到下面的方程：</p><p>　　根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)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(jù)選擇輸入端作為控制信號(hào)．即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能。控制器的邏輯圖如圖12、5所示。圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路 。</p><p>　　圖 12、5控制器邏輯圖</p><p>　?。?

15、）譯碼器     譯碼器的主要任務(wù)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(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系如表 12、4所示。實(shí)現(xiàn)上述關(guān)系的譯碼電路請(qǐng)讀者自行設(shè)計(jì)。</p><p>　　四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1． 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法</b></p><p>　　表12、4控制器狀態(tài)編碼與信號(hào)燈關(guān)系表</p><p>　　1．設(shè)計(jì)、組裝譯碼器電路，其輸出接甲、乙車道上的6只信號(hào)燈（實(shí)驗(yàn)

17、時(shí)用發(fā)光二極管代替），驗(yàn)證電路的邏輯功能。2．設(shè)計(jì)、組裝秒脈沖產(chǎn)生電路。 3．組裝、調(diào)試定時(shí)電路。當(dāng) CP信號(hào)為 1Hz正方波時(shí)，畫出CP、 Q0、 Q1、 Q2、Q3、Q4、TL．、TY的波形，并注意它們之間一的時(shí)序關(guān)系。</p><p>　　4．組裝、調(diào)試控制器電路。5．完成交通燈控制電路的聯(lián)調(diào)，并測(cè)試其功能。</p><p><b>　　總結(jié)</b><

18、;/p><p>　　由于我們剛學(xué)習(xí)過了數(shù)字電子電路對(duì)電子技術(shù)有了進(jìn)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(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。從中對(duì)我們學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解。</p><p>　　在此次的課程設(shè)計(jì)過程中，還參考一些電子設(shè)計(jì)書籍和互聯(lián)網(wǎng)上的有關(guān)器件及集成電路等方面的資料和借鑒了一些電子鐘的設(shè)計(jì)方法。通過這一系列的步驟使我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)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(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來(lái)解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對(duì)待問題時(shí)的態(tài)度和處理事情的能力。至于設(shè)計(jì)的成績(jī)無(wú)須看的太過于重要，而是設(shè)計(jì)的過程，設(shè)計(jì)的思想和設(shè)計(jì)電路中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，電路中各個(gè)部分的功能是如何實(shí)現(xiàn)的。各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注

20、意那些要點(diǎn)。同一個(gè)電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。另外，我們?cè)O(shè)計(jì)要從市場(chǎng)需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價(jià)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(chǎng)上去銷售，但我們要為以后作設(shè)計(jì)培養(yǎng)出好的習(xí)慣。</p><p>　　在這次設(shè)計(jì)過程中，我也對(duì)word、ptotel99、畫圖板等軟件有了更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，這將給我在以后的工作中和學(xué)習(xí)中帶來(lái)一定的幫助。</p><p&

21、gt;<b>　　十、參考文獻(xiàn)；</b></p><p>　　1、《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)》，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(shè)計(jì)》，高書莉主編,北京郵電大學(xué)出版社</p><p>　　3. 《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告書》，張亞婷編， 西安郵電學(xué)院</p><p>　　4. 《數(shù)字電子技術(shù)》,李