交通灯控制器设计.ppt

交通灯控制器的设计 教师 徐银霞Email xuyx79 数字系统概念 数字系统是指交互式的以离散形式表示的具有存储 传输 处理信息能力的逻辑子系统的集合物 数字系统构成 输入接口 输出接口 数据处理器和控制器 其中 控制器是区别功能部件和数字系统的标志 凡是包含控制器的系统 不论规模大小 一律称为数字系统 数字系统的设计方法 数字系统的设计方法 自下而上方法 试探法 和自上而下法 前者主要依靠经验 只有在整个系统构成后才能测试 不适于计算机技术 已逐渐由后者取而代之 自上而下法是将整个系统从逻辑上划分成控制器和处理器两大部分 如果控制器和处理器比较复杂 可再进一步地进行逻辑划分 然后选用适当的器件以实现各子系统 最后将它们连接起来 得到要求的子系统 一般步骤 明确所要设计系统的逻辑功能 确定系统方案与逻辑划分 画出系统方框图 采用某种算法描述系统 设计控制器和处理器 并组合成所需要的数字系统 算法流程图 ASM图 ASM图是描述数字系统控制算法的流程图 三部分 状态框 分支框 条件输出框 课程设计任务与要求 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 要求每秒钟闪烁一次 课题名称 交通灯控制器的设计 设计要求 设计过程 1 明确所要设计系统的逻辑功能 图1 1交通灯模拟图 系统由控制器和处理器组成 控制器接收外部系统时钟信号 处理器由定时器和译码显示器组成 定时器能向控制器发出定时信号 译码显示器在控制器的控制下 改变交通灯信号 系统框图如图1 2 2 确定系统方案并画出流程图 ASM图 图1 2交通灯控制器系统框图 ST TL TY AG AY AR分别表示甲车道绿 黄 红三色灯 BG BY BR分别表示乙车道绿 黄 红三色灯 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 由它控制定时器清零并且开始下个工作状态的定时 交通灯控制器的控制过程分为4阶段 对应输出有4种状态 1 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25S时 TL 1 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5S时 TL 1 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25S时 TL 1 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 乙车道上未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5S TL 1 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1 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 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 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 得该系统的ASM图 设控制器的初始状态为S0 当S0的持续时间小于25秒时 TL 0 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 并转换到下一个工作状态 依此类推 图1 3交通灯控制器ASM图 1 定时器定时器由系统秒脉冲和同步计数器构成 时钟脉冲上升沿到来时 在控制信号ST的作用下 计数器从零开始计数 并向控制器提供模M25 M5信号 即TL TY 定时器框图如下 器件 计数器选用74LS161或74LS163及门电路若干 3 具体电路设计 定时器由与系统秒脉冲 由时钟脉冲产生器提供 和计数器构成 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 图1 4定时器原理图 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 根据ASM图可得状态表如表1 1 选用两个D触发器FF1 FF0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Qn1Q0n 00状态时 如果TL 0 则控制器保持在00状态 如果 则控制器转换到Q1n 1Q0n 1 01状态 这两种情况与条件TY无关 所以用无关项 X 表示 其余情况依次类推 同时表中还列出了状态转换信号ST 表1 1交通灯控制器状态图 根据状态转换表可以推出状态方程和ST信号方程 其方法是 将Q1n 1Q0n 1和ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与 其中 1 用原变量表示 0 用反变量表示 然后将各与项相或 即可得到下面的方程 根据以上方程 选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数 将触发器的现态值Qn1Q0n加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号 即可实现控制器的功能 控制器的逻辑图如图1 5所示 器件 74ls74 D触发器 74ls153 双四选一数据选择器 图1 5控制器原理图 3 译码器 系统输出是在Q1Q0驱动下的六个信号灯 各状态与信号灯的关系由表1 2给出 表1 2译码器状态图 由表1 2得到灯光信号与控制器状态变量的关系为 器件 选用74LS138或74LS139 图1 6译码器原理图