交通灯控制电路综合设计实验概要.ppt

* “交通灯控制与显示电路” 综合设计实验 编写人：佘新平 长江大学电工电子实验教学示范中心 一、实验目的 1．掌握组合逻辑电路的设计方法； 2．掌握时序逻辑电路的设计方法； 3．初步具备数字系统的综合设计能力； 4．学会数字电路的软件仿真； 5．掌握数字电路的安装和调试方法。 二、实验说明 该综合实验按分步实施方式进行。全部实验分为四部分： 第一，方案设计； 第二，组合逻辑电路的设计与实现； 第三，时序逻辑电路的设计与实现； 第四，采用CPLD/FPGA可编程器件实现整个实验。 该综合设计实验采用理论设计、软件仿真和电路安装与调试三步走，以提高学生的综合设计与实践动手能力。 三、实验元器件 该综合实验采取两种不同的技术手段实现： 1．常用中、小规模数字电路：集成逻辑门、集成编码器、集成译码器、集成数字选择器、集成计数器等。 2．CPLD/FPGA可编程器件。 “交通灯控制与显示电路”综合设计实验（1） ——方案设计（课外完成） 一、问题描述 设计并实现一十字路口的红、绿、黄三色交通灯控制与显示电路，即每个路口设置一组红、黄、绿交通灯，按图1所示情况变化，以保证车辆、行人通行安全。 图1 二、功能分析 1．基本功能（见前面图） 2．扩展功能 （1）特殊状态控制功能 特殊状态如紧急车辆随时通行功能受一开关控制，无急车时，信号灯按正常时序控制。有急车来时，将特殊状态开关按下，不管原来信号灯的状态如何，一律强制让两个方向的红灯同时点亮，禁止其它车辆通行，同时计时停止；特殊状态结束后，恢复原来状态继续运行。 （2）信号灯点亮时间预置功能 控制电路在任何时候可根据实际情况修改信号灯点亮时间。 （3）各路口交通灯故障报警功能（选做） 交通灯控制电路发出警报，说明各路口交通灯同时熄灭或点亮的情况不符合预定要求。 三、设计任务与要求 假设东西方向的绿灯点亮时间为Te ，同时也是南北方向的禁行时间；南北方向的绿灯点亮时间为Ts ，同时也是东西方向的禁行时间；此外，东西、南北方向的黄灯点亮时间均为Ty 。 1．参考图1，定义交通灯的状态，确定状态表； 2．根据实际交通灯转换过程，设计交通灯的状态转换图； 3．按交通灯的功能要求，设计系统的电路模块图。 四、设计思路： 1．参考图1，定义交通灯的状态，确定状态表； Ty 黄灯亮 红灯亮 S3 Ts 绿灯亮 红灯亮 S2 Ty 红灯亮 黄灯亮 S1 Te 红灯亮 绿灯亮 S0 时间（s） 南北方向 东西方向 状态 Ty 黄灯亮 红灯亮 S3 Ts 绿灯亮 红灯亮 S2 Ty 红灯亮 黄灯亮 S1 Te 红灯亮 绿灯亮 S0 时间（s） 南北方向 东西方向 状态 、状态转换图 2、设计的系统模块框图分为两部分 ： 第一部分：组合逻辑电路部分 解决三个问题： （1）不同状态下交通灯的控制； （2）交通灯灯亮时间的预置； （3）交通灯灯亮时间的显示。 状态输入 状态译码、输出电路 交通灯单元（6对） 灯亮时间 预置电路 计时显示电路 （两位） 第二部分：时序逻辑电路部分 解决两个问题： （1）交通灯灯亮时间的倒计时； （2）交通灯不同状态的产生及其转换； 状态产生及其转换电路 时间倒计时 电路 时间显示 状态输出 时间预置电路 “交通灯控制与显示电路”综合设计实验（2） ——组合逻辑电路设计 一、任务与要求 由数据选择器、译码器和集成门等集成电路器件设计“交通灯控制与显示电路”中的组合逻辑电路部分，具体要求如下： （1）将状态信号译码为东西、南北方向6对交通灯的控制信号，实现正常时序控制功能； （2）特殊状态期间，东西、南北两个方向的红灯同时发亮，实现特殊状态控制功能； （3）将东西方向、南北方向的灯亮时间分别用数码管显示； （4）根据不同的状态信号分别预置相应的灯亮时间数据Te、Ty、Ts和Ty，其范围为00～99s，2位BCD码形式； （5）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图； （6）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求； （7）安装并测试电路的逻辑功能。 二、设计思路： 主要解决三个问题： （1）不同状态下交通灯的控制； （2）交通灯灯亮时间的预置； （3）交通灯灯亮时间的显示。 状态输入 状态译码、输出电路 交通灯单元（6对） 灯亮时间 预置电路 计时显示电路 （两位） （1）状态译码电路、输出电路及其交通灯单元的设计思路 该电路的主要功能是依据不同的状态信号实现对交通灯的控制。其设计框图如图所示。 “状态译码电路”采用二进制译码器74LS138实现； “输出电路”采用集成逻辑门实现； “交通灯单元”采用普通