交通灯课程设计(I)

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1、目录一、实验目的　　二、实验预习要求　　三、实验原理　　四、实验仪器设备　　五、练习内容及方法六、实验报告一、设计任务与要求　　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行，每次通行时间都设为25秒；　　2．要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；　　3．黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。二、实验预习要求　　1．复习数字系统设计基础。　　2．复习多路数据选择器、二进制同步计数器的工作原理。　　3．根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图。三、设计原理与参考电路　　1．分析系统的逻辑功能，画出其框图　　交通灯控制系统的原理框图如图12、1所示。它主要由控制器、

2、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中：　　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，否则，TL=0。　　TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。　　ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。2．画出交通灯控制器的ASM（AlgorithmicStateMachine，算法

3、状态机）1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。　　（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止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。　　（3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。　　（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行

4、，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。　　交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表12、1所示，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，并作如下规定：表12、1控制器工作状态及功能　　控制状态信号灯状态车道运行状态S0（00）甲绿，乙红甲车道通行，乙车道禁止通行S1（01）甲黄，乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行S3

5、（11）甲红，乙绿甲车道禁止通行，甲车道通行S2（10）甲红，乙黄甲车道禁止通行，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；由此得到交通灯的ASM图，如图12、2所示。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。　　3．单元电

6、路的设计　　（1）定时器　　定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增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。　　计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如表12、2所示。图中，是低电平有效的同步清零输入端，是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计图12.2交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0～

7、D3是并行数据输入端，Q0～Q3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。电路的工作原理请自行分析。图12、374LS163的外引线排列图和时序波形图控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q