数电交通灯课程设计课设.doc

数字电子课程设计交通信号灯控制器 学院： 信 息 工 程 班级： 通 信0902 姓名： 赵勇 同组人： 赵智越 学号： 2009001366 指导老师：张 文 爱 日期：2012年01月07日一设计要求 由一条主干道和一条支干道的汇合点形成交叉十字路口，为确保车辆安全，迅速的通行，在交叉路口的每个入口处设置了红,绿,黄色灯。红灯禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则行驶中的车辆有时间停靠在禁止线外。用红，黄，绿三色二极管作为信号灯，用传感器或逻辑开关代替传感器作为检测车辆师傅到来的信号，设计制作一个交通灯控制器。在主干道和支干道均设有车辆检测传感器，用以检测道路是富有车辆。当某一道路有车而另一个道路无车时，则该车道处于常允许通行状态。当主，支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行25s，设计45s和25s计时显示电路。当主干道允许通行时亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行绿灯亮时，主干道红灯亮。在每次由亮绿灯变成亮红灯时的转换中间，要亮5s的黄灯作为过度，以使行驶中的车辆有时间停在禁止线外，设置5s计时显示电路。二总体设计方案： 1设计一个十字路口的交通灯控制电路，用红，黄，绿，发光二极管表示信号灯，红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则是行驶中的车辆有时间停靠到禁止线外。2.用逻辑开关作为检测车辆是否到来的信号，当某一道路有车而另一道路无车时，则该道路处于长允许通行的状态。3当主干道和支干道均有车时，两者交替通行，主干道每次放行时间45秒，支干道每次放行时间25秒。4在每次由红灯转换为绿灯的过程中间，要亮5秒黄灯作为过渡时间，以使得行驶中的车俩有时间停到禁行线外。 图1为交通灯的一个整体设计框图。系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码器、信号灯显示器组成。其中控制器是核心部分，由它控制定时器和译码器的工作，秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号，译码器输出两路信号灯的控制信号。 图中TL、TS、TY为定时器的输出信号，ST为控制器的输出信号。MG、MY、MR分别表示主干道绿、黄、红三色灯，NG、NY、NR分别表示支干道绿、黄、红三色灯。当某车道绿灯亮时，允许车辆通行，同时定时器开始计时，当达到指定时间时，TL输出为，否则TL输出为；当某车道黄灯亮后，定时器开始计时，当计时到秒时，TY输出为，否则TY；当某车道红灯亮时，定时器开始计时，当计时到指定时间时，TS输出为，否则TS。支干道红绿灯 主干道红绿灯 译码器驱动电路时基电路传感器45s定时25s定时5s定时 Ty 主控电路 Ty 图1 交通灯系统框图 因此，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。S0、S1、S2、S3状态分别分配状态编码为00、01、11、10，由此得到控制器的状态，如表1，表2所示。 表1.状态转换表状态主干道支干道时间s0绿灯亮，允许通行红灯亮，不许通行45秒s1黄灯亮，停车红灯亮，不许通行5秒s2红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行25秒s3红灯亮，禁止通行黄灯亮，停车5秒图2画出了控制器的状态转换图，其中TL、TS、TY为控制器的输入信号，ST为控制器的输出信号。 定时器由与系统秒脉冲同步的计数器74161构成，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号ST作用下，计数器从零开始计数，并向控制器提供M5、M25、M45信号，即TY、TS、TL的时间信号。当系统处于S0状态为满足支干道绿灯亮够45秒，要将M45的输出端反馈到使能端EP、ET，使它记到44时停止计数，然后转换到S1状态。而且要求计数器在状态转换信号ST的作用下，首先清零，然后开始计数，电路如图4所示。 三控制器的设计： 列出状态转换表，如图所示。选用两个触发器作为时序寄存器产生四种状态，控制器的转换条件为TL、TY及TS，当控制器处于Q1nQ0n = 00 状态时，如果TL=0，则控制器保持在00状态；如果TL=1，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1=01状态。这两种情况与条件TY和TS无关，所以无关项用“”表示。其余情况依次类推，同时列出状态转换信号ST。 表2逻辑赋值后的状态表Q1nQ2nTLTSTYQ1n+1Q2n+1说明0000维持S0，0000000101由S0 S1 01001维持S101110由S1 S210010维持S210111由S2 S311011维持S311100由S3 S0表 2 控制器的状态转换表输入输出现态状态转换条件次态状态转换信号Q1nQ0nTL TY TSQ1n+1 Q0n+1ST0 00 00 10 11 11 11 01 00 1 0 1 0 1 0 1 0 00 10 11 11 11 01 00 001010101根据表2，写出状态方程和状态转换信号方程为：用四选一数据选择器和D触发器实现，设A1A0 = Q1nQ0n ，其他变量通过数据输入端输入。数据选择器用74LS153，触发器用74LS74。设计中将触发器的输出看作逻辑变量，将TL、TS、TY看作输入信号，按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现以上三个逻辑函数，并将触发器的现态值加到数据选择器的选择变量端，数据选择器的输入端信号可以根据状态方程和转换信号方程得出。就可得到控制器的原理图，触发器的时钟输入端输入秒脉冲。系统的输出是在Q1Q0驱动下的六个发光二极管，各状态与信号灯的关系由表2给出，因此，得到二极管信号与控制器状态变量的关系为：主干道：HG=Q1Q0 HY=Q1Q0 HR=Q1 支干道：LG=Q1Q0 LY=Q1Q0 LR=Q1电路如图5所示。表3信号灯与控制器状态编码表状态HG HY HR LG LY LRS0S1S2S31 0 0 0 0 10 1 0 0 0 10 0 1 1 0 00 0 1 0 1 0总体电路图四总结及心得体会： 在这次课程设计中，我遇到了一些问题,发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高，但也学会了很多关于数字电路的东西，并对所用器件有了更深入的认识。首先，为了使线路简单在安装之前要对芯片的位置布置作一下分析，才开始连接。并按照电路进行合理的布置器件，另外，在调试过程中，要学会使用仪器去检测电路，刚开始我很快就将线认真的连好，但没有出现结果，我再用表去测电路,并找出了问题所在。其次，使我感悟最深的是数字电路设计需要的不仅是深厚的知识功底和严谨认真的科学态度，更要有坚忍不拔的毅力和勇于探索的勇气。只有对所有的器件有很好的了解之后才能去选择正确的器件设计电路。好的电路设计不仅要求正确，而且要最简单，尽量在功能齐全的前提下减少所用器件的数量。另外，最好是接好一个模块后通电检测，有问题就检查修改电路，直到这一模块正常再对下一个模块接线。布线完成后，基本上可能不会一次性成功，接下来就该调试电路，这是一个很重要的环节。结果错误的可能原因有很多，可能是设计本身或是接线问题或接触问题，也可能是所用器件问题，我碰到的问题首先是电路图的问题，有一根线连错，更正后,出现了正常效果。 最后，我认识到态度要端正，作风要严谨。对数字电路来说，逻辑性非常强，每一个环节都要弄得清清楚楚，有一点漏洞，结果都不可能出来。我发现做课程设计，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。这本次课程设计也巩固和加深了我对电子线路基本知识和理解，提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册、图表和文献资料的自学