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1、 电子信息与控制工程系课程设计 交通信号灯系统设计 题目： 交通信号灯控制系统一、实验目的1、掌握综合应用理论知识和中规模集成电路设计方法 2、熟练掌握万用电表、函数信号发生器、数字电路实验箱、示波器的正确使用方法。3、能识别和正确使用各种所需的集成块、电阻、电位器等，熟悉集成块的管脚功能结构。4、自行设计实验图、检查和排除故障。5、掌握调试及电路主要技术指标的测试方法二、设计内容及要求 有一条主干道和一条支干道的汇合点形成十指交叉路口，为确保车辆安全、迅速地行驶，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外。设
2、计一个十字路口交通灯信号控制器，要求如下：1、 主干道和支干道交替放行，主干道每次放行时间30秒，支干道每次放行时间20秒。2、 每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒，此时原红灯不变。3、 用十进制数字显示放行及等待时间。三、 方案比较及总体方案的确定方案一：方案二：四、设计提示及参考电路 交通灯控制系统的组成框图如图1所示。状态控制器主要用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过状态译码器分别点亮相应状态的信号灯。秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定
3、计数器下一次减计数的初始值。减法计数器的状态由BCD译码器译码、数码管显示。在黄灯亮期间，状态译码器将秒脉冲引入红灯控制电路，使红灯闪烁。译码、显示主干道信号灯支干道信号灯减法计数器状态译码器红灯闪烁控制置数控制状态控制器秒脉冲发生器图1 交通灯控制系统的组成框图1、 状态控制器设计根据设计要求，各信号灯的工作顺序流程如图3所示。信号灯四种不同的状态分别用S0（主绿灯亮、支红灯亮）、S1（主黄灯亮、支红灯闪烁）、S2（主红灯亮、支绿灯亮）、S3（主红灯闪烁、支黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如图2所示。图2图状态编码及状态转换主干道绿灯亮支干道红灯亮（30进制计数器减1）主干道黄灯亮支干道
4、红灯闪烁（5进制计数器减1）主干道红灯亮支干道绿灯亮（20进制计数器减1）主干道红灯闪烁支干道黄灯亮（5进制计数器减1）图3信号灯的工作顺序流程显然，这是一个二位二进制计数器。可采用中规模集成计数器74LS90构成状态控制器，电路如图5。异步计数器74LS90引管脚图及功能表真值表如下表1所示；74LS90为中规模TTL集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功能，它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。其引脚排列图4和功能表如下所示：表1 74LS90的功能表图4 74LS90的引脚排列图图5用中规模集成计数器74LS90构成状态控制器2、 状态译码器主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态
5、主要取决于状态控制器的输出状态。它们之间的关系见真值表2。对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。表2 信号灯信号的状态根据真值表，可求出各信号灯的逻辑函数表达式为：主干道：支干道： 现选择半导体发光二极管模拟交通灯，由于门电路的带灌电流的能力一般比带拉电流的能力强，要求门电路输出低电平时，点亮相应的发光二极管。故状态译码器的电路组成见图6所示。图6 状态译码器的电路3、 秒信号产生器产生秒信号的电路有多种形式，555定时器在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。利用555定时器构成的多谐振荡器，其管脚如下图
6、7所示。图8是利用555定时器组成的秒信号发生器及其产生的波形图。因为该电路输出脉冲的周期为： 。 若T=1S ，令 C=10，R1=47K，则。此时。图7 555定时器的引脚图图8 555定时器组成的秒信号发生器及它所输出的波形4、 定时系统(数码的译码显示)根据设计要求，交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器，以完成30s、20s、5s的定时任务，其时间的预置状态如表3所示。表3 时间预置的状态74LS190是同步十进制可逆计数器，它是靠加/减控制端来实现加法计数和减法计数的。其引脚排列如图9，功能表如表4所示。表4 74LS190功能表 图9 74LS190集成芯片引脚图7
7、4LS190引脚说明：CO/BO：进位输出/借位输出端CP：时钟输入端：计数控制端（低电平有效）D0D3：并行数据输入端：异步并行置入控制端（低电平有效）Q0Q3：输出端：行波时钟输出端（低电平有效）：加/减计数方式控制端时序图：图10 74LS190 时序图74LS190的预置是异步的。当置入控制端（）为低电平时，不管时钟端（CP）状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（D0D3）相一致的状态。74LS190的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当计数控制端（）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（）
8、为低电平时进行加计数；当计数方式控制（）为高电平时进行减计数。只有在CP为高电平时，和才可以跳变。74LS190有超前进位功能。当计数上溢或下溢时，进位/借位输出端（CO/BO）输出一个宽度约等于CP脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端（）输出一个宽度等于CP低电平部分的低电平脉冲。利用端可级联成N位同步计数器。当采用并行CP控制时，则将接到后一级；当采用并行控制时，则将接到后一级CP，其定时器工作不分电路如下图12所示。其中显示译码芯片7段锁存译码器/驱动器CD4511芯片，其管脚图下图11所示，图 11 段锁存译码器/驱动器CD4511管脚图CD4511引脚说明：A0 A3：并行数据输入端
9、：输出消隐控制端LE：数据锁定控制：灯测试VDD：正电源Vss：地YaYb：数据输出端功能表：表 5段锁存译码器/驱动器CD4511功能表图12 定时器部分的工作图五、实验设备与器材及主要电子器件1 示波器 27段锁存译码器/驱动器CD4511 2片3NE555集成定时器 1片4非同步十进制计数器74LS90 1片5十进制同步加/减计数器74LS190 2片6四2输入与非门74LS00 1片7. 四2输入与门74LS08 1片8. 四2输入或门74LS32 1片9发光二极管 7个10电阻，电容若干六、仿真及设计报告要求1、 按照设计任务要求画出十字路口交通信号灯控制的电路图，列出元器件清单。2
10、、 在数字逻辑实验箱上插接电路。3、 拟定测试内容及步骤，选择测试仪器，列出有关的测试表格。4、 进行单元电路调试和整机调试。5、 进行故障分析、精度分析，并对图以及功能评价。6、 写出总结报告，涉及收获及体会。七、收获、心得体会和建议查找教材，资料，相应软件，为了这次课程设计，我们在图书馆查找了大量的相关资料，终于被我找全了和本次课程设计相关的不懂问题。根据所分析的系统的电路原理图，结合系统的设计要求，在WEWB32环境下进行元器件之间的连线和编译与仿真，及时检查元器件的放置、连线是否有错误。 根据交通灯系统的控制要求，经过实验，排除所有实验中的错误并实现了预定的功能。在老师的指导下，通过学
11、习交通灯系统控制器的设计的实验，学习一种设计电子的软件，增加了我们对电子设计的了解。通过这次课程设计我们对于EDA技术多多少少有了一些了解，EDA技术发展迅速，有着广阔的应用前景，设计面广，内容丰富，它用软件的方法设计硬件；用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；在设计过程中可用有关软件进行各种仿真；系统可现场编程，在线升级；整个系统可集成在一个芯片上，体积小，功率低，可靠性高。EDA技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方法，以计算机，大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式
12、设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译，逻辑化简，逻辑分割，逻辑综合及优化，逻辑布局布线，逻辑仿真，直至特定目标芯片的适配便宜，逻辑映射，编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。其中大规模可编程器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体，硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段，软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动化设计工具，实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。此次实验不但提高了我们实践的能力和理论水平，而且对于我们认识掌握各种操作技巧具有重大意义，使我们的综合素质得到了很大的提高。当然，通过这次实
13、习，对我的影响远不只以上这些，它对我在以后的学习和生活中将会起到不可估量的作用。因此，学校安排的这次课程设计的目的显然会在我们这些人上得到体现。最后，我建议学校多搞些这样的设计，在锻炼我们的同时还丰富了我们的生活，还建议在今后的设计报告中，提供一些好的报告让我们参考，谢谢！八、参考文献1 孟贵胥,王兢.数字电子技术.大连理工大学出版社2 夏宇闻.复杂数字电路与系统的Verilog-HDL设计技术.北京航空航天大学出版社. 19983 毕满清主编.电子技术实验与课程设计.第二版.北京：机械工业出版社，20014 张克农编.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，20035 谢云等编.现代电子技术实践课程指导.北京：机械工业出版社，20036 李国丽，朱维勇，栾铭编著.EDA与数字系统设计.北京：机械工业出版社，2004九、附录附录1：完整仿真图附录2：Protel 99 SE原理附录3：生成的PCB图
