交通燈課程設(shè)計(jì)交通燈控制器

1、數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓 名： 學(xué) 號(hào)： 選課號(hào)： 一、設(shè)計(jì)題目交通燈控制器二、設(shè)計(jì)要求1東西方向?yàn)橹鞲傻?，南北方向?yàn)楦备傻溃?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(shí)要有4秒的黃燈期；5南北通行時(shí)間為20秒，到時(shí)間則轉(zhuǎn)換，若未到時(shí)，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(jì)時(shí)。三、設(shè)計(jì)過程1交通控制燈總體設(shè)計(jì)方案整個(gè)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(jì)數(shù)器控制亮燈時(shí)間并給譯碼器輸入信號(hào)以便數(shù)碼管顯示時(shí)間，用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為1Hz的矩形波信號(hào)以供計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。框圖如下：顯示器 主干道 信號(hào)燈計(jì)數(shù)器 主控電路 信號(hào)燈 副干道單位脈沖 信

2、號(hào)燈 十字路口車輛運(yùn)行情況只有4種可能（在副干道有車時(shí)）：(1)設(shè)開始時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jì)數(shù)器由0到40遞增計(jì)數(shù)（S0）40S后副干道無

3、車主干道黃燈亮，支干道紅燈亮計(jì)數(shù)器由0到5遞增計(jì)數(shù)(S1)40S后副干道有車未過20s但副干道已無車20S后副干道有車主干道紅燈亮，支干道黃燈亮計(jì)數(shù)器由0到4遞增計(jì)數(shù)(S3)主干道紅燈亮，支干道綠燈亮計(jì)數(shù)器由0到20遞增計(jì)數(shù)(S2) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：副干道無車20s未到，但已無車S0S1S2S340s后4s后20s后4s后狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 這四個(gè)狀態(tài)可以用用一個(gè)4進(jìn)制的異步清零計(jì)數(shù)器(74LS160)進(jìn)行控制并作為主控部分，控制亮燈的順序。再用兩片計(jì)數(shù)器(74LS160)控制亮燈時(shí)間，分別計(jì)數(shù)40、20、4。2主控電路主控電路是由一塊74LS160接成的4進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)QC為1時(shí)用異步清零法立刻將

4、計(jì)數(shù)器清為零，同時(shí)，另外兩片74LS160計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的清零信號(hào)與主控電路的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)CLK連接，即當(dāng)計(jì)數(shù)器一次計(jì)數(shù)完成后（一種的狀態(tài)的亮燈時(shí)間過后），計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)主控電路CLK接收一個(gè)脈沖，跳至下一狀態(tài)。如此循環(huán)變可實(shí)現(xiàn)四個(gè)狀態(tài)的輪流轉(zhuǎn)換。3計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器的作用：一是根據(jù)主干道和副干道車輛運(yùn)行時(shí)間以及黃燈切換時(shí)間的要求，進(jìn)行40s、20s、4s 3種方式的計(jì)數(shù)；二是向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，主控制器根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。計(jì)數(shù)器除需要單位脈沖作時(shí)鐘信號(hào)外，還應(yīng)受主控制器的狀態(tài)控制。計(jì)數(shù)器的工作情況為：計(jì)數(shù)器在主控制器進(jìn)入狀態(tài)S0時(shí)開始40s計(jì)數(shù)；若在S0狀態(tài)的40s過后，副干道沒有

5、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(jì)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(hào)，使計(jì)數(shù)器歸零，主控制器進(jìn)入狀態(tài)S1，計(jì)數(shù)器開始4s計(jì)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(hào)，使計(jì)數(shù)器歸零，主控制器進(jìn)入狀態(tài)S2，計(jì)數(shù)器開始20s計(jì)數(shù)；如果副干道一直有車則20s后也產(chǎn)生歸零脈沖，使主控制器進(jìn)入S3狀態(tài)，如果在20s內(nèi)沒有車，則給主控制器傳送一個(gè)脈沖信號(hào)（即按下按鍵開關(guān)，此時(shí)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(shí)計(jì)數(shù)器清

6、零，計(jì)數(shù)器又開始4s計(jì)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(hào)，使計(jì)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(jì)數(shù)的清零信號(hào)分別為A、B、C，D，S0狀態(tài)時(shí)副干道有車信號(hào)為P，S2狀態(tài)時(shí)副干道有車信號(hào)為Q，則計(jì)數(shù)器的歸零信號(hào)S為： S=A+B+C+D+QA=··（Q2高位）B=··(Q1高位)C=··(Q2低位)D=··(Q2低位)Q=1主控制器的歸零信號(hào)為： P=··1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

7、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 X1 X0紅燈R 黃燈Y 綠燈G紅燈R1 黃燈Y1 綠燈G1S0 0 0 S1 0 1S2 1 0S3 1 1 0 0 10 1 01 0 01 0 01 0 01 0 00 0 10 1 0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：根據(jù)燈控函數(shù)邏輯表達(dá)式,可畫出由與門和非門組成的狀態(tài)譯碼器電路,如圖所示。將狀態(tài)控制器，與三色信號(hào)燈相連接，構(gòu)成三色信號(hào)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(gè)數(shù)備注計(jì)數(shù)器74LS1603

8、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(gè)按下自動(dòng)彈回單刀雙擲開關(guān)1個(gè)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(gè)紅、綠、黃燈各2個(gè)674LS160功能簡介Ø CLR是清零端，低電平有效；Ø 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(shí)驗(yàn)的CLK是低電平有效，設(shè)計(jì)電路要特別注意）Ø ABCD數(shù)據(jù)輸入端；Ø LOAD為預(yù)置端，低電平有效；Ø QaQbQcQd數(shù)據(jù)輸出端；Ø ENP，ENT使能控制端；Ø RCO為進(jìn)位輸出端。74LS160芯片是一個(gè)具有清零、

9、置數(shù)、保持、十進(jìn)制計(jì)數(shù)等功能的計(jì)數(shù)器。其引腳圖如下：74LS160真值表清零預(yù)置使能時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出工作模式RDLDEP ETCPD3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q001111×0111× ×× ×0 ×× 01 1×××× × × ×d3 d2 d1 d0× × × ×× × × ×× × × ×0 0 0 0d3 d2 d

10、1 d0保 持保 持十進(jìn)制計(jì)數(shù)異步清零同步置數(shù)數(shù)據(jù)保持?jǐn)?shù)據(jù)保持加法計(jì)數(shù)四、設(shè)計(jì)結(jié)論1數(shù)碼管時(shí)序圖上圖是0-18s的時(shí)序圖，0-10s內(nèi)，低位從0變到9，高位為0，當(dāng)?shù)臀粡?變?yōu)?時(shí)，高位從0變?yōu)?，低位繼續(xù)計(jì)數(shù)至輸出39。2主控制器時(shí)序圖當(dāng)高位計(jì)數(shù)至3、低位計(jì)數(shù)至9，即過了40s，S0狀態(tài)結(jié)束，主控制器由00變?yōu)?1，同時(shí)高位與低位同時(shí)清零，進(jìn)入狀態(tài)S1的計(jì)數(shù)，4s后，主控制器由01變?yōu)?0，進(jìn)入狀態(tài)S2，同時(shí)高位與低位同時(shí)清零，進(jìn)行20s的計(jì)數(shù)，之后進(jìn)入S3狀態(tài)，最后再回到S0狀態(tài)，如此循環(huán)。3交通燈時(shí)序圖當(dāng)40s時(shí)，主控制器由00變?yōu)?1，則主干道綠燈滅，副干道不變，在主控制器為01的4s

11、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(jìn)入S2狀態(tài)；S2狀態(tài)結(jié)束時(shí)已經(jīng)是總第64s，進(jìn)入S3時(shí)，主干道維持不變，副干道綠燈滅，黃燈亮，由S3進(jìn)入S0時(shí)，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(shí)序圖當(dāng)主干道通行時(shí)，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(gè)數(shù)碼管歸零，重新計(jì)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(gè)脈沖（由于時(shí)間極短，原圖中未能顯示，上圖中的脈沖式加上去的，

12、便于觀察），則主控制器直接跳入S2狀態(tài)，同時(shí)譯碼管歸零，重新開始S2狀態(tài)的計(jì)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(shí)現(xiàn)。6設(shè)計(jì)中遇到的問題（1）交通74LS160的CLK 是低電平有效，設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)特別注意；（2）剛開始設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)，高位已經(jīng)變成1，后改成現(xiàn)在的連接方式，即并行級(jí)聯(lián)方式。（3）剛開始總的設(shè)計(jì)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(yàn)總體思路；（4）實(shí)驗(yàn)中CLK的產(chǎn)生本應(yīng)使用555定時(shí)器，但沒有調(diào)出來，由于電子實(shí)驗(yàn)課上使用的是1Hz的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生脈沖，故本實(shí)驗(yàn)也采用這種方式。7設(shè)計(jì)心得和體會(huì)本次實(shí)驗(yàn)采用multisim搭建電路，最后仿真成功。設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)