数电课设交通灯.doc

太原理工大学专业班级学生姓名课程名称数字电路逻辑设计设计名称交通信号灯控制器设计周数1.5周指导教师设计任务主要设计参数设计一个十字路口红、绿、黄灯控制系统，用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯，用传感器或用逻辑开关代替传感器作为检测车辆是否到来的信号设计内容设计要求（1）在主干道和支干道均设有车辆检测传感器，用以检测道路是否有车辆，当某一道路有车而另一道路无车时，则该车道处于常允许通行的状态。（2）当主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45秒， 支干道每次放行25秒。当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯。在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换中间，要亮5秒的黄灯作为过渡，以使行使中的车辆有时间停到禁止线外。（3）设立45秒、25秒、5秒计时显示电路。主要参考资 料数字电路逻辑设计（第二版）学生提交归档文件（1） 仿真文件（2） 电路图（3） 仿真图（4） 实验图课程设计任务书注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面任务书说明书图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订） 2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。指导教师签名： 日期： 装订线专业班级 学号 姓名 成绩 一、简述为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的系统框图如图3.1所示。图3.1 交通灯控制器系统框图系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时器向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管发光。译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，分别产生三种倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。二、设计目的 通过本次课题设计，应该掌握以下内容 （1）学习数字逻辑电路设计的一般方法。 （2）要求学会用理论知识解决实际问题。 （3）灵活掌握部分74LS系列集成电路的使用。 （4）掌握Multisim仿真软件的应用。 （5）掌握常用元器件的识别与测量。 （6）了解实际电路调试和解决问题的基本方法。三、总体方案设计用定时器分别产生三个时间间隔后，向控制器发出“时间已到”的信号，控制器根据定时器的信号，决定是否进行状态转换。如果肯定，则控制器发出状态转换信号ST，定时器开始清零，准备重新计时。交通灯控制器的控制过程分为四个阶段，对应的输出有四种状态，分别用S0、S1、S2、S3表示。S0状态：主干道绿灯亮，支干道红灯亮，此时主干道允许车辆通行，主干道禁止车辆通行。当主干道绿灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。S1状态：主干道黄灯亮，主干道红灯亮，此时主干道允许超过停车线的车辆继续通行，而未超过停车线的车辆禁止通行，支干道禁止车辆通行。当主干道黄灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。S2状态：主干道红灯亮，支干道绿灯亮。此时主干道禁止车辆通行，支干道允许车辆通行，当支干道绿灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。S3状态：支干道红灯亮，支干道黄灯亮。此时主干道禁止车辆通行，支干道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁止通行。当支干道红灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态-S0状态。态序主干道支干道时间s0绿灯红灯45ss1黄灯红灯5ss2红灯绿灯25ss3红灯黄灯5s交通灯状态转移图交通信号灯控制器序表四、电路设计电路设计分成三部分1、用一个模四计数器通过一个3-8译码器，引出四个控制信号，分别控制信号灯的亮灭的四个状态。2、用两片74ls192做计数模块，接成减法计数，当两片同时为0时置数，此置数信号为模四计数器提供时钟。个位片置5，十位片置0或2或4，由3-8译码器的输出端控制。3、检测信号经过一个异或门，控制2-4译码器的工作端。该信号再跟检测信号分别经过与门，直接控制信号灯。 电路原理图 各部分电路设计：（1） 信号灯实现模块：（2） 秒计数器模块（3） 状态转移控制模块（4） 信号检测模块（5）电路仿真图元器件清单：原件名称个数数字电路实验箱1个74LS192N2个74LS163N1个74LS138N1个74LS20N1个74LS08N1个74LS04N2个LED发光二极管6个五、仿真结果及分析（一）、 仿真过程 （1）在Multisim中按照设计好的电路图连线； （2）分模块进行仿真，观察状态是否正确； （3）整合所有模块进行整体仿真，观察状态； （4）切换开关的高低电平，查看状态是否正确； （5）完成仿真。 （二）、 仿真结果 1主路绿灯，支路红灯，主路放行45秒倒计时。 2、主路黄灯，支路红灯，黄灯五秒倒计时。 3，主路红灯，支路绿灯，支路放行25秒倒计时。 4主路红灯，支路黄灯，五秒倒计时。 （三）、 仿真中遇到的问题 （1）不清楚个别引脚功能问题； （2）相互之间的控制问题； （3）用开关控制状态的问题； （4）连线过程中的布局问题。（5）192的借位输出问题。六、验证结果及分析1、实验室实验操作步骤 （1）交元件清单，领取元器件。 （2）测试元器件功能是否正确。 （3）按仿真原理图进行连线。 （4）测试测试电路的功能是否正确，若不正确，检查错误；若功能状态正确，记录实验状态。 2、操作中的问题 （1）连接线及芯片的测试问题。 （2）由于连线过多，连线时需仔细而耐心。 （3）实际测试功能状态的问题等七、实验总结本次试验，我们只是做好了仿真，实验验证并没有出来，验证74ls192的功能就花费了好久，为了找到一个没有坏的芯片，我们也是花费了好久，所以到下午才开始连接电路，但最后都没有成功，我觉得我们的问题主要出在没有将74ls192的功能完全了解，所以花费了好久，到最后都没有时间检查接下来的电路，所以到最后我们都没有把电路搭出来，第二天考试可能也有一些影响，但最主要还是没有把心态放好，精心去连电路。但这次实验还是有很大收获的。不仅通过实验巩固自己所学，更锻炼自己的动手能力和团队合作能力。让我更加深入的了解数字电路逻辑设计这门课，更加熟练的运用Multisim这个软件。 八、参考文献 【1】电子技术试验、实训及课程设计清华大学出版社 范立楠、张明、刘洋、吴琼编著 【2】数字电路设计、仿真、测试 华中科技大学出版社 佘新平 【3】数字电路实验与EDA技术 东南大学出版社 郭永点 【4】数字电子技术试验与实践 电子工业出版社 吴慎山 【5】数字电路硬件设计实践高等教育出版社 贾秀美、张文爱、武培雄