交通燈控制器設(shè)計課件

交通燈控制器的設(shè)計

教師：徐銀霞Email：數(shù)字系統(tǒng)概念

數(shù)字系統(tǒng)是指交互式的以離散形式表示的具有存儲、傳輸、處理信息能力的邏輯子系統(tǒng)的集合物。數(shù)字系統(tǒng)構(gòu)成：輸入接口、輸出接口、數(shù)據(jù)處理器和控制器。其中，控制器是區(qū)別功能部件和數(shù)字系統(tǒng)的標(biāo)志。凡是包含控制器的系統(tǒng)，不論規(guī)模大小，一律稱為數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法

數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法：自下而上方法（試探法）和自上而下法，前者主要依靠經(jīng)驗，只有在整個系統(tǒng)構(gòu)成后才能測試，不適于計算機(jī)技術(shù)，已逐漸由后者取而代之。自上而下法是將整個系統(tǒng)從邏輯上劃分成控制器和處理器兩大部分，如果控制器和處理器比較復(fù)雜，可再進(jìn)一步地進(jìn)行邏輯劃分，然后選用適當(dāng)?shù)钠骷詫崿F(xiàn)各子系統(tǒng)，最后將它們連接起來，得到要求的子系統(tǒng)。一般步驟：明確所要設(shè)計系統(tǒng)的邏輯功能；確定系統(tǒng)方案與邏輯劃分，畫出系統(tǒng)方框圖；采用某種算法描述系統(tǒng)；設(shè)計控制器和處理器，并組合成所需要的數(shù)字系統(tǒng)。課程設(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，要求每秒鐘閃爍一次。課題名稱：交通燈控制器的設(shè)計

設(shè)計要求：

設(shè)計過程1、明確所要設(shè)計系統(tǒng)的邏輯功能圖1-1交通燈模擬圖

系統(tǒng)由控制器和處理器組成，控制器接收外部系統(tǒng)時鐘信號。處理器由定時器和譯碼顯示器組成。定時器能向控制器發(fā)出定時信號，譯碼顯示器在控制器的控制下，改變交通燈信號。系統(tǒng)框圖如圖1-2。2、確定系統(tǒng)方案并畫出流程圖（ASM圖）AGAYARBGBYBR

圖1-2交通燈控制器系統(tǒng)框圖STTLTY交通燈控制器的控制過程分為4階段，對應(yīng)輸出有4種狀態(tài)：（1）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25S時（TL=1），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5S時（TL=1），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，乙車道黃燈亮。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25S時（TL=1），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。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔5S（TL=1），時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)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)換是由控制器進(jìn)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1-1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：

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=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；（1）定時器定時器由系統(tǒng)秒脈沖和同步計數(shù)器構(gòu)成。時鐘脈沖上升沿到來時，在控制信號ST的作用下，計數(shù)器從零開始計數(shù)，并向控制器提供模M25、M5信號，即TL、TY。定時器框圖如下。器件：計數(shù)器選用74LS161或74LS163及門電路若干。3、具體電路設(shè)計

定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）和計數(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，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進(jìn)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。圖1-4定時器原理圖（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。根據(jù)ASM圖可得狀態(tài)表如表1-1。選用兩個D觸發(fā)器FF1、FF0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Qn1Q0n＝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。表1-1交通燈控制器狀態(tài)圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號Q1nQ0nTLTYQ1n+1Q0n+1ST000X000001X01101X001001X1111110X110111X10110X010010X1001輸

入輸

出現(xiàn)態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件次態(tài)

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Qn1Q0n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?？刂破鞯倪壿媹D如圖1-5所示。器件：74ls74（D觸發(fā)器）、74ls153（雙四選一數(shù)據(jù)選擇器）圖1-5控制器原理圖（3）譯碼器

系統(tǒng)輸出是在Q1Q0驅(qū)動下的六個信號燈，各狀態(tài)與信號燈的關(guān)系由表1-2給出。狀態(tài)AGAYARBGBYBR001

0

00

0

1010

1

00

0

1100

0

11

0

0110

0

10

1

0表1-2譯碼器狀態(tài)圖

由表1-2得到燈光信號與控