数字电路与系统设计交通灯管理系统.doc

大作业报告（ 2013 / 2014 学年 第二学期）数字电路与系统设计交通灯管理系统学生姓名班级学号学院(系)贝尔英才学院专 业理工强化班一、 实验要求：设计一个交通灯管理系统。其功能如下：(1)公路上无车时，主干道绿灯亮,公路红灯亮；(2)公路上有车时，传感器输出C=1，且主干道通车时间超过最短时间，主干道 交通灯由绿黄红，公路交通灯由红绿；(3)公路上无车，或有车，且公路通车时间超过最长时间，则主干道交通灯由红绿，公路交通灯由绿黄红；(4)假设公路绿灯亮的最长时间等于主干道绿灯亮的最短时间，都为16秒，若计时到E=1；黄灯亮的时间设为4秒，若计时到F=1。当启动信号S=1时，定时器开始计时。二、 设计思路： 1、 系统初始结构： 处理器控制器指示灯驱动电路定时器传感器信号CT主绿HG主黄HY主红HR公绿FG公黄FY公红FR图12.5.2 系统初始结构框图 启动信号S16s计时到信号E4s计时到信号F初始结构框图说明：（1）、输入信号为：传感器输出C，启动信号S，16s计时到E，4s计时到F；（2）、输出信号为：主干道绿灯亮HG，主干道黄灯亮HY，主干道红灯亮HR；公路绿灯亮FG，公路黄灯亮FY，公路红灯亮FR；（3）、输入和输出信号均为高电平有效。2、建立系统ASM图：分析题目要求建立ASM图。：干道绿灯亮，公路红灯亮，若C=0，E=0，保持 状态。若公路上有车C=1，且干道通行最短时间（16s）E=1，系统转换到状态，此时S=1启动重新计时。：干道黄灯亮，公路红灯亮。黄灯亮的时间到（4s）F=1，转到，S=1。：主干道红灯亮，公路绿灯亮。若公路通行的最长时间到（16s），转换到。若时间未到看公路上还有无车辆，有车时（C=1）保持,无车时（C=0）转到 ，S=1。：主干道红灯亮，公路黄灯亮，若黄灯亮时间到（4s）F=1，转换到，S=1。 每次状态转换后都要重新计时。系统ASM图如下：3、处理器设计：根据ASM图列出处理器明细表，如下：数据处理器明细表操作表状态变量表控制信号操作状态变量定义HG=1，FR=1EFE=1F=1HY=1，FR=1HR=1，FG=1HR=1，FY=1S启动定时器首先设计定时电路，根据明细表知道S是启动定时器的信号，E、F为定时器的输出信号，标志16S和4S的计时到。由于最长计时为16S因此可选用一片74161芯片实现，电路图如下图所示。其中S即为控制器送来的启动定时信号，高电平有效，将S送入74161的端，实现同步置“0”操作，开始一次重新计时。增加两个JK触发器是为了消除电路的冒险现象。对于计时到信号E和F，本来是F=；E=，但是由于表达式同时有两个以上的变量发生变化，可能产生冒险现象。增加两个JK触发器，将一个状态锁存一个时钟周期，从而消除冒险。定时器电路逻辑图（2）然后设计指示灯驱动电路。根据处理器明细表可知驱动电路为组合电路，可根据明细表列出其真值表，如下图所示。指示灯驱动电路真值表HGHYHRFGFYFR100001010001001100001020指示灯驱动电路如图所示。指示灯驱动电路逻辑图4、控制器设计：根据每态一个触发器的方法实现控制器。由4个DFF对4个状态、进行编码。根据ASM图直接推导激励函数为：输出控制信号S发给处理器用来启动定时电路，其表达式为：由此可得