数字电子技术课程设计报告(杜).doc
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1、数字电子技术课程设计实验报告书课程名称:数字电子技术 课题:交通灯定时控制系统学生姓名:杜康华学号: 2009550619 班级:2009级通信工程一班指导教师:王永才2011年11 月交通灯控制电路设计一、设计目的1. 掌握、训练数字系统的综合设计方法;以及对各基本电路的功能运用和测试方法。2. 学习掌握各个基本电路之间级连和应当注意的事项;熟悉各基本电路的输入与输出应满足的条件。正确阐述电路中各参数的意义。3. 学会在数字系统中正确使用数字集成电路。学会查阅、读懂数字集成电路手册。二、设计指标设计一个十字路口的交通灯定时控制系统,基本要求如下:(1)甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运
2、行,每次通行时间都设为25秒。(2)每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道。(3)黄灯亮时,要求每秒钟闪亮一次。选做扩展功能:(4)十字路口有数字显示灯亮时间,要求灯亮时间以秒为单位作减计数;(5)要求通行时间和黄灯亮的时间均可在099s内任意设定。三、总体框图设计1.总体框图交通灯控制系统的原理框图如下图所示:定时器甲车道信号灯 TL TY ST译码器控制器乙车道信号灯 图1 交通灯控制系统原理框图它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制器是系
3、统的主要部分,由它控制定时器和译码器的工作。图中:TL :表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒,即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到,TL=1,否则TL=0。TY :表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到,TY=1,否则,TY=0。ST :表示定时器到了规定的时间后,由控制器发出状态转换信号,由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。2. 画出交通灯控制系统的ASM(算法状态机)图一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1: 表1控制器状态信号灯状态车道运行状态S0(00)S1(01)S3(11)S2(10)甲绿,乙红甲黄,乙红甲红,乙绿甲红,乙黄甲车道通行,乙车道禁止通行甲车道
4、缓行,乙车道禁止通行甲车道禁止通行,乙车道通行甲车道禁止通行,乙车道缓行控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见,把灯的代号和灯的驱动信号合二为一,并作如下规定:AG=1:甲车道绿灯亮;BG=1:乙车道绿灯亮;AY=1:甲车道黄灯亮;BY=1:乙车道黄灯亮;AR=1:甲车道红灯亮;BR=1:乙车道红灯亮。由此得到交通灯的ASM图,如图2所示:AR BYSTAG BR01TYTL010011STTLAR BGSTTYAY BRST图2交通灯控制系统的ASM图四、功能模块设计1. 定时器定时器应与系统秒脉冲(由时钟脉冲产生器提供)同步的计数器构成,要求计数器在状态转换信号ST作用下
5、,首先清零,然后在时钟脉冲上升沿作用下,计数器从零开始进行加1计数,向控制器提供5秒的黄灯定时信号TY和25秒的红灯或绿灯定时信号TL。图一 秒脉冲产生电路 图二 计数电路 秒脉冲产生电路图一为秒脉冲产生电路,其中CP由秒脉冲提供,ST由控制器提供,秒脉冲和计数器构成定时器。秒脉冲是此系统中的标准时钟信号,秒脉冲是由555定时器和电阻、电容等构成的多谐振荡器,由于在Multisim中进行系统仿真时时间很慢,故应把多谐振荡器的频率取得尽可能的高一点,以方便检查电路。取R1=R2=40k,C1=C2=0.01F,由电容的充放电可知(1)充电时间:T1=0.7(R1+R2)C2=0.7*(40k+4
6、0k)* 0.01F=5.610-4s, (2)放电时间:T2=0.7*R2*C2=0.7*40k* 0.01F=2.810-4s,(3)故其周期为:T=T1+T2=8.410-4s秒脉冲可以通过改变电阻和电容以改变其振荡周期,由于在Multisim中进行系统仿真时时间很慢,故应把多谐振荡器的频率取得尽可能的高一点,以方便检查电路。 计数电路图二为计数器的基本电路,计数器选用74LS160进行设计。74LS160是4位十进制同步计数器,它具有同步清零,同步置数的功能。74LS160的引脚如上图;定时器采用两片74LS160计数器来设计。74LS160的功能图如下;计数器可以利用CLR端复位计数
7、或LOAD端置位计数,在TL控制时形成25进制计数,在TY控制时形成五进制计数。在实际应用中,TL和TY通过控制器产生ST信号以控制计数器的复位或置位,因此计数器在秒脉冲和控制器的作用下,进行两轮计数,分别为25和5,以对整个电路进行定时,在不断电的情况下无限循环2. 控制器控制器是交通管理的核心,应该按照交通管理规则控制信号灯,能够满足控制系统的工作状态进行交通信号灯的状态转换。根据交通灯的工作状态流程图,可以列出控制器的状态转换表,见下表:选用74LS74(双D触发器)构成时序电路寄存器表2输 入输 出现 态状态转换条件次 态状态转换信号 TL TY ST0 00 00 10 11 11
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