基于复杂可编程逻辑器件的交通灯控制电路设计

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1、第六章基于复杂可编程逻辑器件的交通灯控制电路设计第六章基于复杂可编程逻辑器件的交通灯控制电路设计6.1数字系统设计的过程数字电路与系统由于其所实现的功能不同、应用目的不同，从而使得它们内部的电路结构存在着很大的差异。数字电路与系统虽然千差万别，但是它们之间也存在着许许多多的相同之处。各种数字电路与系统之间的最大相同点是它们的设计过程。对于一个应用电子系统，这个设计过程包括：设计目的和技术指标的理解、设计方案的确定、系统的分解、单元电路设计、系统连调、测量数据的分析以及设计总结。通常还需要向用户提供使用手册或者设计报告。使用手册和设计报告之间的区别为前者的撰写重点为如何使用和维护系统；后者的重点

2、是向用户介绍系统的技术特点。在大学里，学生需要参加一系列的实践教学活动，例如各种实验、课程设计以及毕业设计等。这些实践教学结束以后，学生需要提交相应的报告。需要注意的是设计报告与实验报告的格式不同，其中的原因是实验是验证性的，通常会向学生提供实验电路、实验步骤和测量要求；后者只向学生提供设计要求，完成的具体过程由学生自己制定。课程设计和毕业设计报告的格式与数字系统的设计报告格式相似。这种报告的格式之一就是按照设计过程来撰写。通过撰写设计报告加深对设计过程的理解和掌握，这点对一个学生来说更为重要。按照上述想法，设计报告应包括以下部分：引言、方案论证、系统设计、单元电路设计、系统连调和数据分析、设

3、计总结、附录、参考文献。引言部分描述设计目的。本章设计的交通灯控制电路虽然也具有一定使用价值，但是这里的主要目的是通过设计过程学习如何把课本知识用于具体设计，即完成理论和实际的结合。鉴于这里已经明确地说明设计目的，本章的后面内容将不涉及这部分。实现某一种系统功能或者技术指标具有多种可行的设计方案，每一种设计方案都具有它自己的优点和缺点。不存在一种最好的设计方案，只有最佳的设计方案。方案论证的过程是一个折中的过程，设计者需要在所能实现的系统功能、技术指标的精度、成本和所需要的技术条件的支持等方面进行权衡。方案论证体现了设计者知识面的宽度。系统设计的目的是使复杂问题简单化。通过系统设计这个过程，设

4、计者可以把数字系统划分成一系列电路模块。每个电路模块实现一种独立的功能，这样不仅可以简化系统的设计，而且方便多个设计者合作完成设计工作。对于一个刚开始学习设计数字系统的学生，数字系统应该分解成在教材中学习过的基本电路，这样也可以进一步理解理论知识。单元电路设计是在系统设计的基础上，把具体要求变为实际的电路，并实现所要求的功能和技术指标。如果单元电路对应教材中学习过的基本电路，这时所进行的步骤将与当时进行分析的步骤相反，即利用课本知识支持实际需要，又加深对以前知识的理解。系统连调是在单元电路设计完成的基础上，把分离的单元电路连接成完整的系统，并对其进行测量。经常出现的情况是单元电路工作正常，但是

5、它们连接在一起却不能正常工作。这时的调试重点应放在电路之间的接口上，从信号的传输速率和带载能力两个方面来检查。像交通灯控制电路这样的低速系统，主要问题是带载能力，例如当一个芯片驱动多个负载将使得输出信号电压下降，当输出高电平低于器件的最低高电平，后级电路工作将受影响。-162--第六章基于复杂可编程逻辑器件的交通灯控制电路设计交通灯控制电路的设计为功能设计，没有涉及具体的性能技术指标。实际设计中将涉及许多具体的性能技术指标，需要测量这些技术指标，并对测量数据进行分析，评估是否达到系统的设计要求，在下一章中将涉及这部分内容。设计总结包括设计特点，改进潜力等内容。如前所述，实现某一种系统功能或者技

6、术指标具有多种可行的设计方案，每一种设计方案都具有它自己的优点和缺点。结合本次设计过程，再次对设计方案进行考虑，不仅便于产品性能升级，而且有助于提高设计者的能力。这也符合从理论到实践，再从实践到理论的认识问题的循环过程。附录用于给出在正文中不便列出的技术资料，例如原理电路图、源程序清单等内容。6.2方案论证6.2.1设计要求设计一个交通灯控制电路，设计要求如下：*系统需要控制东西和南北方向的两个路口，每个方向的路口都有红、黄和绿3个指示灯*每个方向的路口都有通行/等待时间显示*东西方向路口通行时间为8s，南北方向路口通行时间为18s，每个路口从通行到禁止都具有2s的时间间隔*系统自己产生所需要

7、的时钟信号6.2.2设计要求的真值表描述在《数字电路逻辑设计》课程中介绍的数字电路描述方法包括真值表、布尔表达式、逻辑电路图、时序图等。进行电路设计时，通常首先根据设计要求写出真值表，再由真值表写出布尔表达式。如果使用与门、或门和非门这样的基本逻辑门实现系统的逻辑功能，则由布尔表达式就可以直接画出对应的电路图。由此可以看出，真值表是设计要求与电路实现之间的桥梁。满足上面设计要求的交通灯控制电路真值