電子科技大學_交通燈課程設(shè)計

1、數(shù)字邏輯課程設(shè)計報告姓名:學號:選課號:一、設(shè)計題目交通燈控制器二、設(shè)計要求1. 東西方向為主干道，南北方向為副干道；2. 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. 換向時要有4秒的黃燈期；5. 南北通行時間為20秒，至叩寸間則轉(zhuǎn)換，若未到時，但 是南北方向已經(jīng)無車，也要轉(zhuǎn)換。6 .附加：用數(shù)碼管顯示計時。三、設(shè)計過程1. 交通控制燈總體設(shè)計方案整個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，用計數(shù)器控制亮燈時間并給譯碼器輸入信號以便數(shù)碼管顯示時間，用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為1Hz的矩形波信號以供計數(shù)器計數(shù)?？?圖如下：十字路口車輛運行情況只有4種可能(在副干道有車

2、時)：(1) 設(shè)開始時主干道通行，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)時間為4s。4s后又回到第一種情況，如此循環(huán)反 復。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:狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下:副干道無車狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖這四個狀態(tài)可以用用一個4進制的異步清零計數(shù)器(74LS160)進 行控制

3、并作為主控部分，控制亮燈的順序。再用兩片計數(shù)器(74LS160) 控制亮燈時間，分別計數(shù)40、20、4。2. 主控電路1 41 3皆QBQCQDRCOBCDENPENT-LOAD -CLRCLK12JH 1主控電路是由一塊74LS160接成的4進制計數(shù)器，即當QC為1 時用異步清零法立刻將計數(shù)器清為零，同時，另外兩片74LS160計數(shù)器產(chǎn)生的清零信號與主控電路的計數(shù)器的計數(shù) CLK 連接，即當計 數(shù)器一次計數(shù)完成后（一種的狀態(tài)的亮燈時間過后） ，計數(shù)器清零， 同時主控電路 CLK 接收一個脈沖，跳至下一狀態(tài)。如此循環(huán)變可實 現(xiàn)四個狀態(tài)的輪流轉(zhuǎn)換。3計數(shù)器 計數(shù)器的作用：一是根據(jù)主干道和副干道車

4、輛運行時間以及黃燈 切換時間的要求，進行 40s、20s、4s 3 種方式的計數(shù)；二是向主控 制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，主控制器根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。計數(shù)器除需要單位脈沖作時鐘信號外， 還應(yīng)受主控制器的狀態(tài)控 制。計數(shù)器的工作情況為：計數(shù)器在主控制器進入狀態(tài) S0時開始40s 計數(shù)；若在S0狀態(tài)的40s過后，副干道沒有車，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，則恢復主控制器正 常狀態(tài)（單刀雙擲開關(guān)處于低電平） ，計數(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，使計數(shù)器歸零，主控制器進入狀態(tài) S

5、1， 計數(shù)器開始 4s 計數(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，使計數(shù)器歸零，主控制器進入狀態(tài)S2,計數(shù)器開始20s計數(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 入 S3 狀態(tài)，如果在 20s 內(nèi)沒有車，則給主控制器傳送一個脈沖信號 （即按下按鍵開關(guān)，此時單刀雙擲開關(guān)處于低電平） ，使主控制器直 接跳到S3狀態(tài)，同時計數(shù)器清零，計數(shù)器又開始 4s計數(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，使計數(shù)器歸零， 主控制器回到狀態(tài)so,開始新一輪循環(huán)。根據(jù)以上分析，設(shè)40s、4s、20s、4s計數(shù)的清零信號分別為 A B、C D, S0狀態(tài)

6、時副干道有車信號為 P，S2狀態(tài)時副干道有車信號 為Q則計數(shù)器的歸零信號S為： S=A+B+C+D+QA=Xo X1 （Q2高位）B=X Xi （Q1 高位）C=Xo X （Q2 低位）D=Xo Xi （Q2低位）Q=1主控制器的歸零信號為:P=Xo Xi 1電路圖如下:VCC罕千 I iSV vcc0 0 W ©J“z?：科:H i 朗專匹刊QXOlA-i - 74LS160I74LS160NDQAADBBQCegDECOFKF LST-LOiDwCLRCUI斗亠亠±T4.燈控電路主控制器的4種狀態(tài)分別要控制主、支干道紅、黃、綠燈的亮與滅。設(shè)燈亮為1，燈滅為0，則交通控制

7、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X1X0紅燈R黃燈Y綠燈G紅燈R1黃燈Y1綠燈G1so00001100S101010100S210100001S311100010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：R X,Y X；XoG X,X0R1 X,Y1 X,X0G1 X,X0根據(jù)燈控函數(shù)邏輯表達式，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，與三色信號燈相連接，構(gòu)成三色信號燈邏輯控制電路，如圖所示：74LS160NN卜G1R1o o o5.交通控制燈原理圖r5V.-4、尸 _TiTXFGl丄元件清單為:元件名稱元件個

8、數(shù)備注計數(shù)器74LS1603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個按下自動彈回單刀雙擲開關(guān)1個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個紅、綠、黃燈各2個6. 74LS160功能簡介74LS160芯片是一個具有清零、置數(shù)、保持、十進制計數(shù)等功能的計數(shù)器。其引腳圖如下:3AQA4BCQBOCL JJLDQDL7ENPRCO15ENT-LOAD-L-c-CLR> C7T.K74LS160N? CLR是清零端，低電平有效；? 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，本次實驗 的CLK是低電平有效，設(shè)計電路要特別? A

9、BCD數(shù)據(jù)輸入端；? LOAD為預(yù)置端，低電平有效;? QaQbQcQd數(shù)據(jù)輸出端；74LS160真值表清零預(yù)置使能時鐘一預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出工作模式RdLdEPETCPD D D D3210Q Q Q Q32100XXXXXXXX0 0 0 0異步7冃零10XXTd3 d2 d1 d0d3 d2 d1 d0同步置數(shù)110XXXXXX保持數(shù)據(jù)保持11X 0XXXXX保持數(shù)據(jù)保持1111TXXXX十進制計數(shù)加法計數(shù)四、設(shè)計結(jié)論1.數(shù)碼管時序圖時間砂）上圖是0-18s的時序圖，0-10S內(nèi)，低位從0變到9,高位為0, 當?shù)臀粡?變?yōu)?時，高位從0變?yōu)?,低位繼續(xù)計數(shù)至輸出39。2.主控制器時序圖控制器

10、由00變?yōu)?1，同時高位與低位同時清零，進入狀態(tài) S1的計數(shù)，4s后，主控制器由01變?yōu)?0,進入狀態(tài)S2,同時高位與低位 同時清零，進行20s的計數(shù)，之后進入S3狀態(tài)，最后再回到S0狀態(tài), 如此循環(huán)。3. 交通燈時序圖時間®)32000360004000044 00048000111 QAQB：；：!：R* ： ； * 1 : ； ；GYR1：!：G1Y1 ； ： = 1 ： CLKmjWLrLrvLrwuwww時間砂)56.00060.00064.0006&00072.000All'QAQB1111fRGIlli11¥111-1IIIR1G1ii1:;:

11、Y1" ： ! 1 ； ! ： ；CLK«lie1 1 LnjuvmfTrLrmr-rLrLnrLrLTLrLJ 1 11 當40s時，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，進入 S2狀態(tài)；S2狀態(tài)結(jié)束 時已經(jīng)是總第64s,進入S3時，主干道維持不變，副干道綠燈滅， 黃燈亮，由S3進入S0時，主干道紅燈滅，綠燈亮，副干道黃燈滅， 紅燈亮，然后重復。4. 特殊情況（副干道無車）時序圖電平（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)

12、，兩個數(shù)碼管歸零，重新計數(shù)。52 00056000時間妙)BSOCOGOTO64000QAQB1QC1QD1RCOniI-*41-f|1)i|i|IV)1咼位1 i1iiENT/ENPI iiQAQB>a!1iiiQCM«F|A1!|k1aVfHH1'I14i1QD|«i|i*.I4)kAI*|il-M1«BM-1K主控制器iI111QA1|1QBi1ii脈沖Jlj11按健開關(guān))1CLK-LTLrLTLrmuJILTLH當單刀雙擲開關(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)，給一個脈沖 (由于時間極短，原圖 中

13、未能顯示，上圖中的脈沖式加上去的，便于觀察)，則主控制器直 接跳入S2狀態(tài)，同時譯碼管歸零，重新開始 S2狀態(tài)的計數(shù)。5. 結(jié)果分析通過以上分析，交通控制燈的要求全部實現(xiàn)。6. 設(shè)計中遇到的問題(1) 交通74LS160的CLK是低電平有效，設(shè)計的時候應(yīng)特別注意；(2) 剛開始設(shè)計時，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?shù)臀粩?shù)碼管顯示 9時，高位已經(jīng)變成1,后 改成現(xiàn)在的連接方式，即并行級聯(lián)方式。(3) 剛開始總的設(shè)計思路總想不出來，后來通過翻閱有關(guān)書籍和上 網(wǎng)查詢，最終確定了試驗總體思路；（4）實驗中 CLK 的產(chǎn)生本應(yīng)使用 555 定時器，但沒有調(diào)出來，由于 電子實驗課上使用的是 1Hz 的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生脈沖，故本實驗也采 用這種方式。7設(shè)計心得和體會本次實驗采用 multisim 搭建電路，最后仿真成功。 設(shè)