交通灯控制电路综合设计实验课件ppt课件

1、“交通灯控制与显示电路交通灯控制与显示电路 综合设计实验综合设计实验 一、实验目的一、实验目的1掌握组合逻辑电路的设计方法；掌握组合逻辑电路的设计方法；2掌握时序逻辑电路的设计方法；掌握时序逻辑电路的设计方法；3初步具备数字系统的综合设计才干；初步具备数字系统的综合设计才干；4学会数字电路的软件仿真；学会数字电路的软件仿真；5掌握数字电路的安装和调试方法。掌握数字电路的安装和调试方法。二、实验阐明二、实验阐明该综合实验按分步实施方式进展。全部实验分为四该综合实验按分步实施方式进展。全部实验分为四部分：部分：第一，方案设计；第一，方案设计；第二，组合逻辑电路的设计与实现；第二，组合逻辑电路的设计

2、与实现；第三，时序逻辑电路的设计与实现；第三，时序逻辑电路的设计与实现；第四，采用第四，采用CPLD/FPGA可编程器件实现整个实验。可编程器件实现整个实验。 该综合设计实验采用实际设计、软件仿真和电该综合设计实验采用实际设计、软件仿真和电路安装与调试三步走，以提高学生的综合设计与路安装与调试三步走，以提高学生的综合设计与实际动手才干。实际动手才干。三、实验元器件三、实验元器件该综合实验采取两种不同的技术手段实现：该综合实验采取两种不同的技术手段实现：1常用中、小规模数字电路：集成逻辑门、常用中、小规模数字电路：集成逻辑门、集成编码器、集成译码器、集成数据选择集成编码器、集成译码器、集成数据选

3、择器、集成计数器等。器、集成计数器等。2CPLD/FPGA可编程器件。可编程器件。“交通灯控制与显示电路综合设计实验交通灯控制与显示电路综合设计实验1方案设计课外完成方案设计课外完成一、问题描画一、问题描画 设计并实现一十字路口的红、绿、黄三色交设计并实现一十字路口的红、绿、黄三色交通灯控制与显示电路，即每个路口设置一组红、通灯控制与显示电路，即每个路口设置一组红、黄、绿交通灯，按图黄、绿交通灯，按图1所示情况变化，以保证车辆、所示情况变化，以保证车辆、行人通行平安。行人通行平安。图图1二、功能分析二、功能分析1根本功能见前面图根本功能见前面图2扩展功能扩展功能1特殊形状控制功能特殊形状控制功

4、能 特殊形状如紧急车辆随时通行功能受一开关控制，特殊形状如紧急车辆随时通行功能受一开关控制，无急车时，信号灯按正常时序控制。有急车来时，无急车时，信号灯按正常时序控制。有急车来时，将特殊形状开关按下，不论原来信号灯的形状如将特殊形状开关按下，不论原来信号灯的形状如何，一概强迫让两个方向的红灯同时点亮，制止何，一概强迫让两个方向的红灯同时点亮，制止其它车辆通行，同时计时停顿；特殊形状终了后，其它车辆通行，同时计时停顿；特殊形状终了后，恢复原来形状继续运转。恢复原来形状继续运转。2信号灯点亮时间预置功能信号灯点亮时间预置功能控制电路在任何时候可根据实践情况修正信号灯点控制电路在任何时候可根据实践情

5、况修正信号灯点亮时间。亮时间。3各路口交通灯缺点报警功能选做各路口交通灯缺点报警功能选做交通灯控制电路发出警报，阐明各路口交通灯同时交通灯控制电路发出警报，阐明各路口交通灯同时熄灭或点亮的情况不符合预定要求。熄灭或点亮的情况不符合预定要求。三、设计义务与要求三、设计义务与要求 假设东西方向的绿灯点亮时间为假设东西方向的绿灯点亮时间为Te ，同时也是，同时也是南北方向的禁行时间；南北方向的绿灯点亮时间为南北方向的禁行时间；南北方向的绿灯点亮时间为Ts ，同时也是东西方向的禁行时间；此外，东西、，同时也是东西方向的禁行时间；此外，东西、南北方向的黄灯点亮时间均为南北方向的黄灯点亮时间均为Ty 。1

6、参考图参考图1，定义交通灯的形状，确定形状表；，定义交通灯的形状，确定形状表；2根据实践交通灯转换过程，设计交通灯的形状根据实践交通灯转换过程，设计交通灯的形状转换图；转换图；3按交通灯的功能要求，设计系统的电路模块图。按交通灯的功能要求，设计系统的电路模块图。四、设计思绪：四、设计思绪：1参考图参考图1，定义交通灯的形状，确定形状表；，定义交通灯的形状，确定形状表；状态状态东西方向东西方向南北方向南北方向时间时间（s s）S S0 0绿灯亮绿灯亮红灯亮红灯亮TeS S1 1黄灯亮黄灯亮红灯亮红灯亮TyS S2 2红灯亮红灯亮绿灯亮绿灯亮TsS S3 3红灯亮红灯亮黄灯亮黄灯亮Ty状态状态东西

7、方向东西方向南北方向南北方向时间时间（s s）S S0 0绿灯亮绿灯亮红灯亮红灯亮TeS S1 1黄灯亮黄灯亮红灯亮红灯亮TyS S2 2红灯亮红灯亮绿灯亮绿灯亮TsS S3 3红灯亮红灯亮黄灯亮黄灯亮Ty形状转换图形状转换图2、设计的系统模块框图分为两部分、设计的系统模块框图分为两部分 ：第一部分：组合逻辑电路部分第一部分：组合逻辑电路部分处理三个问题：处理三个问题：1不同形状下交通灯的控制；不同形状下交通灯的控制；2交通灯灯亮时间的预置；交通灯灯亮时间的预置；3交通灯灯亮时间的显示。交通灯灯亮时间的显示。形状形状输入输入形状译码、形状译码、输出电路输出电路交通灯单元交通灯单元6对对灯亮时间

8、灯亮时间预置电路预置电路计时显示电路计时显示电路两位两位第二部分：时序逻辑电路部分第二部分：时序逻辑电路部分处理两个问题：处理两个问题：1交通灯灯亮时间的倒计时；交通灯灯亮时间的倒计时；2交通灯不同形状的产生及其转换；交通灯不同形状的产生及其转换；形状产生及形状产生及其转换电路其转换电路时间倒计时时间倒计时电路电路时间时间显示显示形状形状输出输出时间预时间预置电路置电路“交通灯控制与显示电路综合设计实验交通灯控制与显示电路综合设计实验2组合逻辑电路设计组合逻辑电路设计一、义务与要求一、义务与要求由数据选择器、译码器和集成门等集成电路器件由数据选择器、译码器和集成门等集成电路器件设计设计“交通灯

9、控制与显示电路中的组合逻辑电交通灯控制与显示电路中的组合逻辑电路部分，详细要求如下：路部分，详细要求如下：1将形状信号译码为东西、南北方向将形状信号译码为东西、南北方向6对交通对交通灯的控制信号，实现正常时序控制功能；灯的控制信号，实现正常时序控制功能；2特殊形状期间，东西、南北两个方向的红灯特殊形状期间，东西、南北两个方向的红灯同时发亮，实现特殊形状控制功能；同时发亮，实现特殊形状控制功能； 3将东西方向、南北方向的灯亮时间分别用数将东西方向、南北方向的灯亮时间分别用数码管显示；码管显示； 4根据不同的形状信号分别预置相应的灯亮时根据不同的形状信号分别预置相应的灯亮时间数据间数据Te、Ty、

10、Ts和和Ty，其范围为，其范围为0099s，2位位BCD码方式；码方式；5写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图；写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图；6对设计的电路进展仿真、修正，使仿真结果对设计的电路进展仿真、修正，使仿真结果到达设计要求；到达设计要求；7安装并测试电路的逻辑功能。安装并测试电路的逻辑功能。 二、设计思绪：二、设计思绪：主要处理三个问题：主要处理三个问题：1不同形状下交通灯的控制；不同形状下交通灯的控制；2交通灯灯亮时间的预置；交通灯灯亮时间的预置；3交通灯灯亮时间的显示。交通灯灯亮时间的显示。形状形状输入输入形状译码、形状译码、输出电路输出电路交通灯单元交通灯单元6对对灯亮时间

11、灯亮时间预置电路预置电路计时显示电路计时显示电路两位两位1形状译码电路、输出电路及其交通灯单元的设计思绪形状译码电路、输出电路及其交通灯单元的设计思绪 该电路的主要功能是根据不同的形状信号实现对交通灯的该电路的主要功能是根据不同的形状信号实现对交通灯的控制。其设计框图如下图。控制。其设计框图如下图。 “形状译码电路采用二进制译码器形状译码电路采用二进制译码器74LS实现；实现； “输出电路采用集成逻辑门实现；输出电路采用集成逻辑门实现； “交通灯单元采用普通的红色、绿色和黄色发光二极管；交通灯单元采用普通的红色、绿色和黄色发光二极管； “接口电路起信号驱动作用，视实验情况的不同选用。接口电路起

12、信号驱动作用，视实验情况的不同选用。 设灯亮为“1，灯灭为“0，交通灯的4种形状S0S3分别编码为00、01、10、11， 特殊形状用S表示，进入特殊形状为“1， 这时两个方向的红灯同时点亮，正常形状为“0。那么可列出真值表学生做。特特殊殊状状态态正常正常状态状态（4 4种种）状态指示信状态指示信号号（4 4种）种）东西方向东西方向交通灯交通灯（3 3种）种）南北方向南北方向交通灯交通灯（3 3种）种）S SA A1 1A A0 0SQSQ0 0SQSQ1 1SQSQ2 2SQSQ3 3EGEG ERER EYEY SGSG SRSR SYSY1 1x xx x1 11 11 11 10 01

13、 10 00 01 10 00 00 00 00 01 11 11 11 10 00 00 01 10 00 00 01 11 10 01 11 10 00 01 10 01 10 00 01 10 01 11 10 01 10 01 10 01 10 00 00 01 11 11 11 11 10 00 01 10 00 00 01 12时间预置电路的设计思绪时间预置电路的设计思绪 该电路的主要功能是根据不同的形状信号输入相该电路的主要功能是根据不同的形状信号输入相应的时间预置数据，从而确定交通灯的灯亮时间。应的时间预置数据，从而确定交通灯的灯亮时间。 状态状态A A1 1A A0 0运行时

14、间运行时间十位预置数据十位预置数据BCDBCD码码个位预置数据个位预置数据BCDBCD码码0000Te （20s） 00100010000000000101Ty（5s）00000000010101011010Ts（10s）00010001000000001111Ty（5s）0000000001010101时间预置电路的设计框图时间预置电路的设计框图3计时显示电路的设计思绪计时显示电路的设计思绪 将倒计时电路产生的输出经显示译码器将倒计时电路产生的输出经显示译码器CD4511和数和数码管进展显示。码管进展显示。三、原理图绘制与电路仿真三、原理图绘制与电路仿真 用用proteus软件绘制出该电路的

15、原理图，对软件绘制出该电路的原理图，对所设计的电路进展仿真实验。所设计的电路进展仿真实验。 在仿真过程中，分别改动形状信号及特殊形在仿真过程中，分别改动形状信号及特殊形状信号，验证电路的逻辑功能能否到达设计要状信号，验证电路的逻辑功能能否到达设计要求。求。四、电路安装与调试四、电路安装与调试 1. 电路规划电路规划 在多孔电路实验板上装配电路时，首先应熟习在多孔电路实验板上装配电路时，首先应熟习其构造。明确哪些孔眼是连通的，并安排好电源其构造。明确哪些孔眼是连通的，并安排好电源正、负引出线在实验板上的位置。正、负引出线在实验板上的位置。 电路规划时应安排好各个集成块的位置，以方便电路规划时应安

16、排好各个集成块的位置，以方便连线为原那么。电路与外接仪器的衔接端、测试连线为原那么。电路与外接仪器的衔接端、测试端要布置合理，便于操作。形状信号、预置数据端要布置合理，便于操作。形状信号、预置数据的输入端点应方便改动其电平。的输入端点应方便改动其电平。 2安装与调试方法安装与调试方法 电路安装前，要先检测所用集成电路及其它元电路安装前，要先检测所用集成电路及其它元器件的好坏。安装完成后，要用万用表检测电路器件的好坏。安装完成后，要用万用表检测电路接触能否可靠、电源电压大小、极性能否正确。接触能否可靠、电源电压大小、极性能否正确。一切正常后才干通电调试。一切正常后才干通电调试。 实验调试时，留意

17、发光二极管不能过亮。假设实验调试时，留意发光二极管不能过亮。假设过亮，可串接一个过亮，可串接一个100欧左右的限流电阻。欧左右的限流电阻。 调试过程中，最好分块进展，如首先调试调试过程中，最好分块进展，如首先调试“形状形状译码电路、译码电路、 然后调试然后调试“输出电路及其交通灯单输出电路及其交通灯单元，最后调试元，最后调试“时间预置电路。时间预置电路。五、设计、仿真及实验问题研讨五、设计、仿真及实验问题研讨六、设计与测试报告要求六、设计与测试报告要求 见实验电子文档。见实验电子文档。“交通灯控制与显示电路综合设计实验交通灯控制与显示电路综合设计实验3时序逻辑电路设计时序逻辑电路设计一、义务与

18、要求一、义务与要求 由集成触发器、集成计数器等集成器件设计由集成触发器、集成计数器等集成器件设计“交通灯控制交通灯控制电路中的时序逻辑电路部分，并在实验电路中的时序逻辑电路部分，并在实验2的根底上的根底上完成整个控制电路的调试。详细要求如下：完成整个控制电路的调试。详细要求如下：1交通灯的不同形状转换时分别产生相应的形状信号；交通灯的不同形状转换时分别产生相应的形状信号；2对交通灯不同形状的灯亮时间对交通灯不同形状的灯亮时间Te、Ty、Ts分别进展减法分别进展减法计数，实现倒计时功能；计数，实现倒计时功能；3 特殊形状期间，计时停顿；特殊形状终了后，恢复正常特殊形状期间，计时停顿；特殊形状终了

19、后，恢复正常计时；计时；4写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图；写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图；5对设计的电路进展仿真、修正，使仿真结果到达设计要对设计的电路进展仿真、修正，使仿真结果到达设计要求；求；6安装并测试电路的逻辑功能；安装并测试电路的逻辑功能；7将实验将实验2、实验、实验(3)电路衔接起来，完成整个控制电电路衔接起来，完成整个控制电路的调试。路的调试。二、设计思绪二、设计思绪1时间倒计时电路的设计思绪时间倒计时电路的设计思绪 该电路在秒信号作用下，分别以不同形状的灯亮时间该电路在秒信号作用下，分别以不同形状的灯亮时间Te、Ty、Ts和和Ty作为开场计时的初始值进展减法计数循环。作

20、为开场计时的初始值进展减法计数循环。 每当计时到每当计时到00时，向时，向“形状产生电路发出计时终了信号。形状产生电路发出计时终了信号。改动这些初始值即可实现信号灯点亮时间修正的功能。改动这些初始值即可实现信号灯点亮时间修正的功能。 采用采用2片具有置数功能的集成十进制加片具有置数功能的集成十进制加/减可逆计数器减可逆计数器74LS192组成时间倒计时电路。组成时间倒计时电路。时间倒计时电路的设计框图时间倒计时电路的设计框图2形状产生电路的设计思绪形状产生电路的设计思绪 该电路的主要功能是根据实践交通灯的转换过程，产生相该电路的主要功能是根据实践交通灯的转换过程，产生相应的形状信号供其它电路运用。应的形状信号供其它电路运用。 根据设计思绪，交通灯共有根据设计思绪，交通灯共有4个不同形状：个不同形状：00、01、10和和11。只需当倒计时时间终了时交通灯的形状才发生变化，故可将只需当倒计时时间终了时交通灯的形状才发生变化，故可将“时时间倒计时电路产生的计时终了信号作为形状变化的控制信号。间倒计时电路产生的计时终了信号作为形状变化的控制信号。 为此，将该信号作为一个同步为此，将该信号作为一个同步2位二进制加计数器的时钟脉位二进制加计数器的时钟脉冲即可，计数器采用冲即可，计数器采用JK触发器或触发器或D触发器实现。触发器实现。三、原理图绘制与电路仿真三、