《交通灯控制器设计》ppt课件

1、 数字系统概念数字系统概念 数字系统是指交互式的以离散方式表示的具有存储、传输、数字系统是指交互式的以离散方式表示的具有存储、传输、 处置信息才干的逻辑子系统的集合物。处置信息才干的逻辑子系统的集合物。 数字系统构成：输入接口、输出接口、数据处置器和控制数字系统构成：输入接口、输出接口、数据处置器和控制 器。其中，控制器是区别功能部件和数字系统的标志。凡器。其中，控制器是区别功能部件和数字系统的标志。凡 是包含控制器的系统，不论规模大小，一概称为数字系统。是包含控制器的系统，不论规模大小，一概称为数字系统。 输入接口 控制器 处理器 输出接口 数字系统的设计方法数字系统的设计方法 数字系统的设

2、计方法：自下而上方法试探法和自上而下数字系统的设计方法：自下而上方法试探法和自上而下 法，前者主要依托阅历，只需在整个系统构成后才干测试，法，前者主要依托阅历，只需在整个系统构成后才干测试， 不适于计算机技术，已逐渐由后者取而代之。不适于计算机技术，已逐渐由后者取而代之。 自上而下法是将整个系统从逻辑上划分成控制器和处置器两自上而下法是将整个系统从逻辑上划分成控制器和处置器两 大部分，假设控制器和处置器比较复杂，可再进一步地进展大部分，假设控制器和处置器比较复杂，可再进一步地进展 逻辑划分，然后选用适当的器件以实现各子系统，最后将它逻辑划分，然后选用适当的器件以实现各子系统，最后将它 们衔接起

3、来，得到要求的子系统。普通步骤：们衔接起来，得到要求的子系统。普通步骤： 明确所要设计系统的逻辑功能；明确所要设计系统的逻辑功能； 确定系统方案与逻辑划分，画出系统方框图；确定系统方案与逻辑划分，画出系统方框图； 采用某种算法描画系统；采用某种算法描画系统； 设计控制器和处置器，并组合成所需求的数字系统。设计控制器和处置器，并组合成所需求的数字系统。 算法流程图ASM图 ASM图是描画数字系统控制算法的流程图。三部分：图是描画数字系统控制算法的流程图。三部分： 形状框、分支框、条件输出框。形状框、分支框、条件输出框。 操作内容 状态名称 编号 M 输出内容 课程设计义务与要求课程设计义务与要求

4、 1设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道 和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运转，每次通行时 间都设为25秒； 2要求黄灯先亮5秒，才干变换运转车道； 3黄灯亮时，要求每秒钟闪烁一次。 课题称号：交通灯控制器的设计课题称号：交通灯控制器的设计 设计要求：设计要求： 设计过程 1、 明确所要设计系统的逻辑功能明确所要设计系统的逻辑功能 乙车道 甲车道 图1-1 交通灯模拟图 系统由控制器和处置器组成，控制器接纳外部系统时钟信号。处置系统由控制器和处置器组成，控制器接纳外部系统时钟信号。处置 器由定时器和译码显示器组成。定时器能向控制器发出定时信号，译码器由定时器和译码显示器组成。定时器能向

5、控制器发出定时信号，译码 显示器在控制器的控制下，改动交通灯信号。系统框图如图显示器在控制器的控制下，改动交通灯信号。系统框图如图1-2。 2、 确定系统方案并画出流程图确定系统方案并画出流程图ASM图图 秒脉冲 发生器 定时器 控制器 译码器 甲车道 信号灯 乙车道 信号灯 处理器 AG AY AR BG BY BR 图1-2 交通灯控制器系统框图 STTLTY AG、AY、AR分别表示甲车道绿、黄、红三色灯； BG、BY、BR分别表示乙车道绿、黄、红三色灯； 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，否那么， TL=0。 TY：表

6、示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1， 否那么，TY=0。 ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出形状 转换信号。由它控制定时器清零并且开场下个任务形状的 定时。 交通灯控制器的控制过程分为4阶段，对应输出有4种形状： 1甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通 行，乙车道制止通行。绿灯亮足规定的时间隔25S时TL=1， 控制器发出形状信号ST，转到下一任务形状。 2甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的 车辆停顿通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道制止通行。 黄灯亮足规定时间间隔5S时TL=1，控制器发出形状转换信 号ST，转到下一任务形状。 3

7、甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道制止通行，乙车 道上的车辆允许通行。绿灯亮足规定的时间间隔25S时 TL=1，控制器发出形状转换信号ST，转到下一任务形状。 4甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道制止通行，乙 车道上未过停车线的车辆停顿通行，已过停车线的车辆继续通 行。黄灯亮足规定的时间间隔5S TL=1，时，控制器发出形 状转换信号ST，系统又转换到第1种任务形状。 交通灯以上交通灯以上4种任务形状的转换是由控制器进展控制的。种任务形状的转换是由控制器进展控制的。 设控制器的四种形状编码为设控制器的四种形状编码为00、01、11、10，并分别用，并分别用S0、 S1、S3、S2表示，

8、那么控制器的任务形状及功能如表表示，那么控制器的任务形状及功能如表1-1所所 示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为示，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：规定： 控制形状控制形状 信号灯形状信号灯形状 车道运转形状车道运转形状 S000 甲绿，乙红甲绿，乙红 甲车道通行，乙车道制止通行甲车道通行，乙车道制止通行 S101 甲黄，乙红甲黄，乙红 甲车道缓行，乙车道制止通行甲车道缓行，乙车道制止通行 S311 甲红，乙绿甲红，乙绿 甲车道制止通行，甲车道通行

9、甲车道制止通行，甲车道通行 S210 甲红，乙黄甲红，乙黄 甲车道制止通行，甲车道缓行甲车道制止通行，甲车道缓行 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； BY=1：乙车道红灯亮； 得该系统的ASM图： 设控制器的初始形状 为S0，当S0的继续时间 小于25秒时，TL=0，控 制器坚持S0不变。只需 当S0的继续时间等于25 秒时，TL=1，控制器发 出形状转换信号ST，并 转换到下一个任务形状。 依此类推 。 图1-3 交通灯控制器ASM图 1定时器 定时器由系统秒脉冲和同步计数器构成。时钟脉冲上 升沿到

10、来时，在控制信号ST的作用下，计数器从零开场 计数，并向控制器提供模M25、M5信号，即TL、TY。 定时器框图如下。 器件：计数器选用74LS161或74LS163及门电路假设干 。 3、 详细电路设计详细电路设计 定时器由与系统秒脉冲由时钟脉冲产生器提供和计数器构成，要求 计数器在形状信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下， 计数器从零开场进展增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定 时信号TL。 图1-4 定时器原理图 控制器控制器 控制器是交通管理的中心，它应该可以按照交通管理规那么 控制信号灯任务形状的转换。根据ASM图可得形状表如表1-1。选 用两个D触发

11、器FF1、FF0为时序存放器产生 4种形状，控制器形 状转换的条件为TL和TY，当控制器处于Qn1Q0n 00形状时，假 设TL 0，那么控制器坚持在00形状；假设，那么控制器转换到 Q1n+1Q0n+1 01形状。这两种情况与条件TY无关，所以用无 关项X表示。其他情况依次类推，同时表中还列出了形状转换信 号ST。 表1-1 交通灯控制器形状图 形状转换信号 Q1nQ0n TLTY Q1n+1Q0n+1 ST 000X000 001X011 01X0010 01X1111 110X110 111X101 10X0100 10X1001 输 入输 出 现态形状转换条件次态 根据形状转换表可以推

12、出形状方程和ST信号方 程，其方法是：将Q1n+1Q0n+1和 ST为1的项所对 应的输人或形状转换条件变量相与，其中1用原变 量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即 可得到下面的方程： 根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数， 将触发器的现态值Qn1Q0n加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即 可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图1-5所示。 器件：74ls74D触发 器、74ls153双四选 一数据选择器 图1-5 控制器原理图 3译码器译码器 系统输出是在系统输出是在Q1Q0驱动下的六个信号灯，各形状与信驱动下的六个信号灯，各形状与信 号灯的关系由表号灯的关系由表1-2给出。给出。 形状AG AY ARBG BY BR 001 0 0 0 0 1 010 1 00 0 1 1