交通灯控制电路综合设计实验选编.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。;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；;状态;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。;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； ;“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。;（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”采用普通的红色、绿色和黄色发光二极管； “接口电路”起信号驱动作用，视实验情况的不同选用。; 设灯亮为“1”，灯灭为“0”，交通灯的4种状态S0～S3分别编码为00、01、10、11， 特殊状态用S表示，进入特殊状态为“1”， 这时两个方向的红灯同时点亮，正常状态为“0”。则可列出真值表（学生做）。;（2）时间预置电路的设计思路;时间预置电路的设计框图;（3）计时显示电路的设计思路 将倒计时电路产生的输出经显示译码器CD4511和数码管进行显示。;四、电路安装与调试 1. 电路布局 在多孔电路实验板上装配电路时，首先应熟悉其结构。明确哪些孔眼