課程設計 交通信號燈系統(tǒng)設計

1、 電子信息與控制工程系課程設計 交通信號燈系統(tǒng)設計 題目： 交通信號燈控制系統(tǒng)一、實驗目的1、掌握綜合應用理論知識和中規(guī)模集成電路設計方法 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。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(jié)構(gòu)。4、自行設計實驗圖、檢查和排除故障。5、掌握調(diào)試及電路主要技術(shù)指標的測試方法二、設計內(nèi)容及要求 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停靠到禁行線之外。設

2、計一個十字路口交通燈信號控制器，要求如下：1、 主干道和支干道交替放行，主干道每次放行時間30秒，支干道每次放行時間20秒。2、 每次綠燈變紅燈時，黃燈先亮5秒，此時原紅燈不變。3、 用十進制數(shù)字顯示放行及等待時間。3、 方案比較及總體方案的確定方案一：方案二：四、設計提示及參考電路 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(zhuǎn)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

3、計數(shù)器下一次減計數(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。譯碼、顯示主干道信號燈支干道信號燈減法計數(shù)器狀態(tài)譯碼器紅燈閃爍控制置數(shù)控制狀態(tài)控制器秒脈沖發(fā)生器圖1 交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖1、 狀態(tài)控制器設計根據(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、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(zhuǎn)換圖如圖2所示。圖2圖狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換主干道綠燈亮支干道紅燈亮（30進制計數(shù)器減1）主干道黃燈亮支干道

4、紅燈閃爍（5進制計數(shù)器減1）主干道紅燈亮支干道綠燈亮（20進制計數(shù)器減1）主干道紅燈閃爍支干道黃燈亮（5進制計數(shù)器減1）圖3信號燈的工作順序流程顯然，這是一個二位二進制計數(shù)器?？刹捎弥幸?guī)模集成計數(shù)器74ls90構(gòu)成狀態(tài)控制器，電路如圖5。異步計數(shù)器74ls90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(gòu)成。其引腳排列圖4和功能表如下所示：表1 74ls90的功能表圖4 74ls90的引腳排列圖圖5用中規(guī)模集成計數(shù)器74ls90構(gòu)成狀態(tài)控制器2、 狀態(tài)譯碼器主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態(tài)

5、主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。它們之間的關(guān)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。表2 信號燈信號的狀態(tài)根據(jù)真值表，可求出各信號燈的邏輯函數(shù)表達式為：主干道：支干道： 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。圖6 狀態(tài)譯碼器的電路3、 秒信號產(chǎn)生器產(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(gòu)成的多諧振蕩器，其管腳如下圖

6、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。此時。圖7 555定時器的引腳圖圖8 555定時器組成的秒信號發(fā)生器及它所輸出的波形4、 定時系統(tǒng)(數(shù)碼的譯碼顯示)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，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。表3 時間預置的狀態(tài)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。表4 74ls190功能表 圖9 74ls190集成芯片引腳圖7

7、4ls190引腳說明：co/bo：進位輸出/借位輸出端cp：時鐘輸入端：計數(shù)控制端（低電平有效）d0d3：并行數(shù)據(jù)輸入端：異步并行置入控制端（低電平有效）q0q3：輸出端：行波時鐘輸出端（低電平有效）：加/減計數(shù)方式控制端時序圖：圖10 74ls190 時序圖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（q0q3）即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端（d0d3）相一致的狀態(tài)。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q0q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當計數(shù)方式控制（）

8、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。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(qū)動器cd4511芯片，其管腳圖下圖11所示，圖 11 段鎖存譯碼器/驅(qū)動器cd4511管腳圖cd4511引腳說明：a0 a3：并行數(shù)據(jù)輸入端

9、：輸出消隱控制端le：數(shù)據(jù)鎖定控制：燈測試vdd：正電源vss：地yayb：數(shù)據(jù)輸出端功能表：表 5段鎖存譯碼器/驅(qū)動器cd4511功能表圖12 定時器部分的工作圖五、實驗設備與器材及主要電子器件1 示波器 27段鎖存譯碼器/驅(qū)動器cd4511 2片3ne555集成定時器 1片4非同步十進制計數(shù)器74ls90 1片5十進制同步加/減計數(shù)器74ls190 2片6四2輸入與非門74ls00 1片7. 四2輸入與門74ls08 1片8. 四2輸入或門74ls32 1片9發(fā)光二極管 7個10電阻，電容若干六、仿真及設計報告要求1、 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。2

10、、 在數(shù)字邏輯實驗箱上插接電路。3、 擬定測試內(nèi)容及步驟，選擇測試儀器，列出有關(guān)的測試表格。4、 進行單元電路調(diào)試和整機調(diào)試。5、 進行故障分析、精度分析，并對圖以及功能評價。6、 寫出總結(jié)報告，涉及收獲及體會。七、收獲、心得體會和建議查找教材，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(guān)資料，終于被我找全了和本次課程設計相關(guān)的不懂問題。根據(jù)所分析的系統(tǒng)的電路原理圖，結(jié)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。 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。在老師的指導下，通過學

11、習交通燈系統(tǒng)控制器的設計的實驗，學習一種設計電子的軟件，增加了我們對電子設計的了解。通過這次課程設計我們對于eda技術(shù)多多少少有了一些了解，eda技術(shù)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(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動完成的；在設計過程中可用有關(guān)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(shù)以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O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(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件方式

12、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?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)。其中大規(guī)模可編程器件是利用eda技術(shù)進行電子系統(tǒng)設計的載體，硬件描述語言是利用eda技術(shù)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(shù)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(shù)進行電子系統(tǒng)設計的下載工具及硬件驗證工具。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(zhì)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)。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！八、參考文獻1 孟貴胥,王兢.數(shù)字電子技術(shù).大連理工大學出版社2 夏宇聞.復雜數(shù)字電路與系統(tǒng)的verilog-hdl設計技術(shù).北京航空航