(完整word版)交通燈課程設(shè)計(jì).doc

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號(hào)燈十字路

2、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

3、 遞增計(jì)數(shù)（ S0）40S 后副干道無車40S 后副干道有車主干道黃燈亮，支干道紅燈亮計(jì)數(shù)器由 0 到 5 遞增計(jì)數(shù) (S1)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)20S 后副干道有車未過 20s 但副干道已無車主干道紅燈亮，支干道黃燈亮計(jì)數(shù)器由 0 到 4 遞增計(jì)數(shù) (S3)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：副干道無車40s 后S0S14s 后20s 未到，4s 后但已無車S3S220s 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

4、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

5、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

6、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+Q A=X 0 X 1 （Q2高位）B=X0 X1(Q1高位)C=X0 X1(Q

7、2低位)D=X0 X1(Q2低位)Q=1主控制器的歸零信號(hào)為：P=X0X11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X1X0紅燈 R黃燈 Y綠燈 G紅燈 R1黃燈 Y1綠燈 G1S000001100S101010100S210100001S311100010由真值表可寫出六盞等的邏輯式,經(jīng)化簡(jiǎn)獲的六盞燈邏輯式為：RX1YX1X 0GX1 X0R1X1Y1 X1X0G1X1X0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

8、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 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)6 74LS160 功能簡(jiǎn)介74LS160 芯片是一個(gè)具有清零、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：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(shí)驗(yàn)

9、的 CLK 是低電平有效， 設(shè)計(jì)電路要特別注意）ABCD 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RDLD010111111使能時(shí)預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出工作模式鐘EP ETCPDDD DQQ Q Q0321032100 00異步清零d3d2d1d0d3d2d1 d0同步置數(shù)0保持?jǐn)?shù)據(jù)保持 0保持?jǐn)?shù)據(jù)保持11十進(jìn)制計(jì)數(shù)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?9 變?yōu)?0 時(shí)，高位從 0 變?yōu)?1，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、

10、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)?01，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)?10，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)?01，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(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 S

11、3 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，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

12、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)了不少