十字路口交通管理控制器的设计-数字电路大作业.doc

目录1.设计目的及要求 P22. 总体设计方案 P2 2.1 工作原理 P2 2.2 设计框图 P4 2.3 选定方案电路组成相关器件说明 P4 2.4 电路图总体设计 P7 2.5 元件清单及说明 P8 2.6 调试过程 P9 2.7 创新设计 P9 2.8 设计结论 P103.设计心得与总结 P10 总结与体会 P10 组员心得 P114. 附录 P13 附录一：总体器件表及相关器件的功能表、管脚分布 附录二：PROTEUS软件仿真块图 附录三：工作分配十字路口交通管理控制器的设计1.设计目的及要求： 目的：在主、支道路的十字路口分别设置三色灯控制器，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮要求压线车辆快速穿越。根据车流状况不同，可调整三色灯点亮或关闭时间。设计要求：(1) 主道路绿、黄、红灯亮的时间分别为60秒、5秒、25秒；次道路绿、黄、红灯亮的时间分别为20秒、5秒、65秒；(2) 主、次道路时间指示采用倒计时制，用2位数码管显示。(3) 主、次道路绿、黄、红灯亮的时间可以预置；(4) 主、次道路绿、黄、红灯亮的时间可以分别调整；2.总体设计方案2.1工作原理该次作业的根本任务是模拟十字路口交通灯的实现。实现这一功能从输入这方面来讲可用锁存器74LS373对输入的数进行记录便于调整时间和修改时间，对于输出方面则可以用74LS168实现递减计数的功能和74LS248实现到数码管的转变等。具体工作如下：首先将每盏灯的总亮时间送到锁存器中，锁存器将数据送入168中开始倒计时，先对个位数倒计时当个位数为0的时候，开始与十位数作相应的处理判读十位数是否也为0：若不是则十位数减1,个位数开始从9递减；若是则通过一个模三计数器（对红黄绿灯分别进行编码为00,01,10）和译码器跳到下一种情况，控制相应的灯亮，并从相应的锁存器中读取数据。循环上述过程即可。具体选择灯和锁存器过程如下：由题目给出的各灯亮时间可得，道路的上交通灯的运行是绿黄红，只有3种情况，因此通过上述模3计数器可以实现交通灯的循环亮灯和计数。接下来通过译码器输出选择信号，选中相应颜色的灯及锁存器（通过三态门选中相应的锁存器，并通过控制脉冲开启168的并入开关，将其送到168中，然后关闭168的并入功能进行倒计时。并且只要不中断，系统将一直循环此功能。），把锁存器的值送到168芯片后，通过168芯片倒计时并且通过248显示到数码管。至于预置及中间过程调整时间的实现则用到一个初始开关，只要这个开关的值是1就可以对整个系统进行预置及中间过程调整时间，并且还可以实现对交通灯初始灯亮时间进行设置，这个开关主要是通过三态门实现此功能的。开关为1的时候，所有的初始设置的门上的三态门有效，而循环输入的门失效，此时对初始设置的地方随意设置值，并控制灯的颜色等都是安全有效的。而考虑到主次道路的情况是一样的，因此只需输入相应的灯亮时间，改变相应的初始值与主道路相对即可。上述这些设计理念使最终设计完成的电路与实际情况完美结合。2.2总体设计框图 说明：考虑到一条道路的红灯亮时，另一条道路绿灯亮，所以在编码时，可以将主次道路这部分一同处理，不过，红灯，绿灯编码应相反，既主道路红绿编码分别为00，10时，次道路红绿编码分别为10，00。其他过程不变，仍如上述设计流程。2.3电路组成、相关器件说明 初始方案想按参考书数字电路设计与实用电路中的交通灯的设计来设计，将主次道路控制在一起，通过计数器直接实现，不过发现该方案对于时间的预置和调整根本难以实现，而且由于系统用了固定的计数器，因此无法修改灯亮的时间长短，所以放弃了此方案。考虑到寄存器的记忆功能，因此，选定了现用方案。本方案整体组成是2个大部分：主道路和次道路，不过由于本设计主次道路设计除了初始值不一样别的设计是一样的因此，只拿主道路做说明。如下：输入部分（包括预置和调整时间部分）（注：此部分的仿真是用MAXPLUS）： 4个74LS373锁存器，有3个分别是控制绿红黄灯的，还有一个是用来控制时间的预置和调整的。还有两个控制开关，上面的（见附表）一个是用来控制是否需要预置和调整时间的，下面的则是用来调节预置、调整时间的灯亮（红灯还是绿灯还是黄灯）情况。其余输入均为连续脉冲。红黄绿灯转化部分：主要是通过一个7490芯片做出模3计数器，然后通过译码得到相应的功能实现，以控制循环的规律性，和灯亮的情况。计数和输出部分： 主要是通过168和248芯片实现。通过168的递减计数功能将所给数递减，本对相应要求做相应处理。得到真实的输出。 2.4 总体设计图： 主道路图次道路图2.5元件清单及说明主要芯片有74LS373,74LS168,74LS248,74LS90.74LS373是一个锁存器用来实现数据的存储功能；74LS168是一个可加可减的计数器，用来实现交通灯的倒计时功能；74LS248用来实现数码管的显示功能；74LS90是一个2-5-10计数器，用来实现一个模2计数器；数码管用来显示时间；三态门用来控制各处的运行与否；与非，否等各种门用来实现组合电路。2.6 调试过程初始运行环境是MAX+PLUS对各个芯片的功能进行的测试，以熟悉其特点。综合调试时，由于对168与373芯片的不熟悉管脚相对链接，发现怎么运行怎么不对，后来仔细观察才知道原来168的最高位是D3最低位是D0，导致运行一直出错。接下来的调试发现MAX+PLUS只能显示波型，而且对于边沿触发的情况有延迟，观察起来不方便。找人问了下，推荐了PROTEUS，在这个环境下的仿真方便多了，可以清楚的显示各个节点的电位高低，调试方便多了。遇到的主要问题是起初没有考虑到多个输入节点不会自动选取的特点，导致运行结果总是不对，后来用三态门控制后问题就迎刃而解了。2.7 创新设计 在本次实验中创造性的将锁存器的加入到了电路设计中，使得每个灯的亮时间一次置入(而且可以随意修改)既可，而变灯后可以直接从锁存器中读出该灯亮时间的二进制表示，大大省去了操作时间，使得人工操作过程更加简洁。同时在处理数码管的倒计时显示时利用了168、248等芯片，168功能特点是可已从任意数开始进行倒计时，这一优良特性使得在电路中无需设计65进制，5进制，20进制，25进制，60进制等计数器，同时为调整过程提供了极大方便。248芯片的加入大大简化了设计过程，使设计效率大幅提升，从而让电路真正实现了从繁到简的蜕变。而且应用三态门模拟计算计组成原理中的片选，得到很好的效果。2.8 设计结论 此次大作业很好的模拟了十字路口交通灯的控制变换过程，从实际情况出发考虑了道路车流量不同的情况，设计了主从道路，使得主道路绿灯时间更长，而从道路红灯时间更长。同时可以对红绿灯亮时间作出合理调整以应对特殊状况。为十字路口交通灯的设计提供了一种合理完善的解决方案。3.总结与体会 3.1设计思路是实施操作的扎实基石 一个良好的设计思路，是电路的生命。宁愿在思路设计上多花上50%的时间，因为前期看似慢，实际上恰恰给后期的制作带来很大的方便，效果往往是更节省了许多时间。3.2设计制作慢工出细活在制作过程中，马虎不得，粗心不得，特别是电子类的设计制作更应该如此。一步一步来。3.3查资料要充分利用网上的资料，图书馆的资源，添补课上所学的空白，掌握最先进的知识，使自己的知识系统化，更加完善，更能出色的完成设计题目。李伟：通过对这次设计，我不仅学会了更多的知识，而且让我看到了理论与实际的联系，知道了理论知识的重要性。在设计仿真的过程中遇到了不少问题，通过查阅资料和与同组人的讨论中很好的解决了问题，同时也让我意识到了团队合作的重要性，尤其是由计算机组成原理中片选联想到的三态门处理问题，一下子处理了很多难题，让我们感到辛苦后的丰收的喜悦。这次的设计可以说是以后工作的一个试练，让我学到了很多很多。总之，在设计过程中学到了许多。作为现代的大学生，如果仅停留在以往的层次上，是远远跟不上时代的步伐，也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里，通过此次实习，让我看到了自己的水平和差距。我也将是继续努力。姜辰：通过这次对十字路口交通灯的设计，使我深深的感受到了，理论联系实际的必要性及其重要性，在我们以往的学习过程中，刻意地去加强理论的基础，对于应用性的作业我们接触的很少。此次设计性大作业将理论与实践有机地结合，既考察了我们对理论知识的掌握情况，还增强了我们解决实际问题的能力，更主要的是它激起我们创新思维，为今后的进一步学习创下良好条件，真可谓一举多得。另外，我在设计中还深切体会到利用仿真软件设计的优越性，利用软件设计不单减少了繁杂的连线过程，同时也使调试过程的效率大大提高，为设计过程提供了极大帮助。这次设计实践，题目为十字路口交通管理控制器的设计。刚开始，我理不清头绪，无从下手，但通过认真研究设计课题，跑图书馆查资料、确定基本设计方案、对所用芯片功能进行查找、调试、上机仿真等，经历了一次次的困难，却积累了很多宝贵的经验。经过我和队友的团结协作，终于达到了设计要求，并在此基础上有所创新。王浩：通过这次大作业我收获颇多，从中我学到了团队合作的重要性，在做这个大作业期间遇到了很多的这样那样的问题，只靠自己查资料、思考，往往半天都没有结果，但和同组的同学互相探讨，大家一起想办法去解决问题只要很短的时间就可以解决。通过这次的大作业同学间的互相配合、默契都有一定的提高，并且通过这次大作业我们可以刚好的将理论知识与现实生活结合在一起，使我们能真真切切的感受到知识的现实作用，再不是为了那考试时的六十分，感受到了知识对我们现实生活的影响，通过实际的设计实验我们可以更加的巩固课本上的知识，以前学的不太清楚或者不太明白的地方通过这次试验设计和同学间的交流理解的更好、记得更深刻了。知识的获得通过自己动手理解永远比靠课上的认真听讲和课下的死记硬背来的持久和牢固，这次的大作业培养了我们自己动手解决问题的能力，为将来我们将自己的知识更好的服务社会提供了一次机会，总之这次的大作业使我受益匪浅、收获颇多。附录附一：74168芯片：74248芯片：74373芯片：7490芯片：附二：块图如下：注：这是用PROTEUS软件的仿真。（没有仿真图，可以直接通过数码管得出整个过程。）附三：李伟（1070310320）：提出用锁存器存储红绿黄灯的亮时间这一建设性意见，并参与锁存器及数码管倒计时显示电路的设计，对电路进行了仿真调试等工作。在报告整理中提供了总体设计图 ，仿真结果图及总体器件表等重要资料。姜辰（1070310301）：自主设计了红绿黄灯转换电路，并在设计过程中创造性的提出利用三态门参与红绿黄灯的电路片选。参与并设计了锁存器电路及数码管倒计时显示电路，进行了总体设计框图的绘制及对报告的文字部分进行编辑，整理