交通燈控制邏輯電路設(shè)計

1、交通燈控制邏輯電路設(shè)計內(nèi)容簡介一、設(shè)計任務(wù)與要求1設(shè)計一個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行，每次通行時間都設(shè)為25秒； 2要求黃燈先亮5秒，才能變換運行車道； 3黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次 。 二、實驗預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)。 2復(fù)習(xí)多路數(shù)據(jù)選擇器、二進制同步計數(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、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，譯碼器輸出兩

2、組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。 TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。 ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。 2畫出交通燈控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法狀態(tài)機） （1）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)定的時間隔TL

3、時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號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)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （3）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。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)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(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)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)

4、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、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。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定： 表12、1 控制器工作狀態(tài)及功能 控制狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)S0（00）甲綠，乙紅甲車道通行，乙車道禁止通行S1（01）甲黃，乙紅甲車道緩行，乙車道禁止通行S3（11）甲紅，乙綠甲車道禁止通行，甲車道通行S2（10）甲紅，乙黃甲車道禁止通行，甲車道緩行AG=1：甲車道綠燈亮； BG=

5、1：乙車道綠燈亮； AY=1：甲車道黃燈亮； BY=1：乙車道黃燈亮； AR=1：甲車道紅燈亮； BY=1：乙車道紅燈亮； 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)時間小于25秒時，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)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所表達的含義。 3單元電路的設(shè)計 （1）定時器 定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構(gòu)成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時

6、鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。 計數(shù)器選用集成電路74LS163進行設(shè)計較簡便。74LS163是4位二進制同步計數(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 圖12.2 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。由兩片74LS163級聯(lián)組成的定時器電路如圖12、4所示。電路的工作原理請自行分析。 圖12、

7、3 74LS163的外引線排列圖和時序波形圖 （2）控制器 控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(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D觸發(fā)器FF1、FFO做為時序寄存器產(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，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無關(guān)，所以用無關(guān)項X表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。 圖12、4 定時器電路圖 表12.2 74LS163功能表 表12.3 控制器

8、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表根據(jù)表12.3、可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應(yīng)的輸入或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中1用原變量表示，0用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程： 根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實現(xiàn)每個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即可實現(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 。 圖 12、5控制器邏輯圖 （3）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個信號燈的工作狀態(tài)

9、?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表 12、4所示。實現(xiàn)上述關(guān)系的譯碼電路請讀者自行設(shè)計。 四、實驗儀器設(shè)備1 數(shù)字電路實驗箱 2 集成電路74LS74 1片，74LS10 1片，74LS00 2片，74LS153 2片，74LS163 2片，NE555 1片 3 電阻 51K 1只，200 6只 4 電容 10Uf 1只 5 其它 發(fā)光二極管 6只 五、實驗內(nèi)容及方法表12、4控制器狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表 狀態(tài) AG AY AR BG BY BR 00 1 0 0 0 0 1 01 0 1 0 0 0 1 10 0 0 1 1 0 0 11 0 0 1 0 1 0 1設(shè)計、組裝譯碼器電路，其輸出接甲、乙車道上的6只信號燈（實驗時用發(fā)光二極管代替），驗證電路的邏輯功能。 2設(shè)計、組裝秒脈沖產(chǎn)生電路。 3組裝、調(diào)試定時電路。當(dāng) CP信號為 1Hz正方波時，畫出CP、 Q0、 Q1、 Q2、Q3、Q4、TL、TY的