交通灯信号控制器数字逻辑课程设计

计算机学院数字系统课程设计第一章 系统概述1.1系统开发背景和意义1.1.1系统开发背景随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1.1.2 系统开发意义自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。我所设计的交通灯虽然很简单，但是在一定程度上也能符合现代交通灯的要求。1.1.3设计任务设计一个交通灯信号控制器。有一条主干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉处的每个入口处设置了红、黄、绿三色信号灯.红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮提醒司机将行驶中的车辆禁行线之外.1.1.4设计要求主、支干道交替通行，主干道每次放行9T，支干道每次放行5T(T=5秒)。每次绿灯变成红灯时，黄灯亮T。(此时另一干道的红灯不变)。第二章 原理分析2.1状态分析 表2-1交通灯状态表（假设主干道先通行，并且时刚从0秒开始）时钟主干道交通灯状态支干道交通灯状态19T红灭黄灭绿亮红亮黄灭绿灭10T红灭黄亮绿灭红亮黄灭绿灭1116T红亮黄灭绿灭红灭黄灭绿亮17T红亮黄灭绿灭红灭黄亮绿灭由图可以看出具体的循环周期为17T，因此我们可以采用74LS190来做控制器，而T=5秒。2.2状态转换图 19T17T10T1016T 图2-1 主、支干道的交通灯的状态转换图第三章 操作步骤3.1 步骤示意框图 图3-1组合逻辑电路设计步骤示意框图 3.2 真值表由状态图列出真值表 选用JK触发器，设状态编码为：S0=00 S1=01 S2=11 S3=10，其输出为Q1 Q0，则其状态表为： 表3-1状态编码与信号灯关系表现态次态输出Q1nQ0nQ1n+1Q0n+1GaYaRaGbYbRb0001100001011101000111100011001000001010计数器选用集成电路74190进行设计。74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。表3-2 74190的状态表 CTEND/UCLKLOADA B C DQA QB QC QD0XX0X X X XA B C D01POS1X X X XCount Down00POS1X X X XCount Up1XXXX X X XQa0 Qb0 Qc0 Qd0现选用两个74190芯片级联成一个从可任意设定时间0099倒计至00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9， 0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。具体连接方法如图3-2： 图3-2信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来，决定倒计时是置数，还是计数。工作开始时，LD为0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。 图3-33.3 总体电路图 图3-4 总体电路图3.4仿真效果点击启动按钮,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，打开开关后，东西方向绿灯亮，“东来西往”的行人车辆都可自由通行；南北方向车道的红灯亮，南来北往的行人车辆皆禁止通行。时间显示器从预置的25秒，以每秒减1，减到数5时，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。减到数1时，1秒后显示器又转换成预置的25秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红灯。如此循环下去。图3-5模拟输出界面结束语以上设计的是一个简单的交通灯信号控制器电路，在具体的实现过程中，对于时序电路的设计思想有了进一步的理解。开始拿到题目的时候,还不知道怎么去做,因为自己对这门课的一般设计都不是很会.对很多的芯片的功能都不是很清楚.还有ewb仿真软件,以前才来没有接触过,只是现在需要的时候才开始用它,它的功能,按键都不清楚.通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的,虽然花了很多的时间,但学到了很多东西.做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍,增强了自己对知识的理解,很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了.在课程设计的过程中,我想了很多种方案,对同一个问题(像计数器的接法)都想了很多种不同的接法,运用不同的芯片进行了比较,最后还是采取了上面的方法进行连接.在连线过程中,经常会遇到一些问题,比如接错线,无意中删除了一些线等,使自己感觉到有点点的力不从心.从开始做课程设计那天起,脑中天天都想着同样的问题,怎么去接线,怎么去把电路弄得更加简单,怎么别人更容易看懂.但似乎时间过得真的很快,我用了好几天才把它完全弄完,完成后,心里有一种说不出的高兴.这次课程设计之后,使我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话,你会花更多的时间才会做好.课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去.同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力.最后要感谢老师及同学们对我的帮助，这样我才能顺利的完成这次设计实验。参考文献1王永军.数字逻辑与数字系统（第3版）.北京：电子工业出版社，2006年2毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2004年3邓元庆.数字电路与逻辑设计.北京：电子工业出版社，2001年4余孟尝.数字电子技术基础简明教程.北京：清华大学出版社，2004年8