西电 数电 大作业

数电大作业

02111163 杨俊

一.交通灯

一、 设计说明

1.设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下：

设南北方向的红、黄、绿灯分别为r ，y ，g ；东西方向的红、黄、绿灯分别为R ，Y ，G ，满足图1 的工作流程并且可以并行工作：g （R ）→r （G ），黄灯用于提示绿灯变为红灯或者绿灯变为红灯。

2.满足两个方向的工作时序：其中令东西方向为主干道方向，绿灯亮30秒，红灯亮20秒，黄灯5秒；南北方向为支线，绿灯20秒，红灯30秒，黄灯5秒。

3.十字路口要有数字显示装置（数码管），作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。

二、设计过程

1、设计方案

分析系统的逻辑功能需求后，交通灯控制系统将主要由以下几个部分构成：定时脉冲发生器、状态机、控制器、译码器、延时器、彩灯。定时脉冲发生器发出以1S 为单位的定时脉冲，状态机控制交通灯红、绿、黄状态的变化，而控制器将控制数码管的倒计时，并将对状态机进行反馈。延时器、译码器与交通彩灯将由状态机的输出信号进行相应的信号灯变化。总体设计框图如下：

2、定时脉冲发生器设计

为实现倒计时功能，可由555芯片设计一个1S 为周期，50%占空比的脉冲电路，以控制控制器的时钟。

3、状态机设计

控制器 状态机

延时、译码 主干道交通灯 定时脉冲发生器 支线交通灯

状态转移 置数

将图一的四个状态分别以00、01、11、10表示，则可用双D触发器构成一个简单的状态机

状态主干道支线

Q1Q2r y g R Y G

0 0 20 20

0 1 5 5

1 1 30 30

1 0 5 5

列出状态机的真值表如下：

No: Q1n Q2n Q1n+1Q2n+1

1 0 0 0 1

2 0 1 1 1

3 1 1 1 0

4 1 0 0 0

经过化简得：Q2n+1=Q1n, Q1n+1=Q2n，由一片7474可以实现。

4、控制器设计

控制器主要实现倒计时功能，但普通计数器只有正向计数功能，固在计数输出端加上非门就能实现倒数计数。

输入信号输出信号输出信号反相计时值状态（编码）

Q 1

Q

2

高位计数器

D

7

-D

4

低位计数器

D

3

-D

高位计数器低位计数器00

20秒倒计时1110 0110 0001 1001 19 …………………………1110 1111 0001 0000 10 1111 0110 0000 1001 9 …………………………1111 1111 0000 0000 0

01

5秒倒计时

1111 1011 0000 0100 4 1111 1100 0000 0011 3 …………………………1111 1111 0000 0000 0

11

30秒倒计时1101 0110 0010 1001 29 1101 0111 0010 1000 28 …………………………1110 1111 0001 0000 10 1111 0110 0000 1001 9 …………………………1111 1111 0000 0000 0

10

5秒倒计时1111 1011 0000 0100 4 1111 1100 0000 0011 3 …………………………1110 1111 0001 0000 0

经过分析上表，其中每个状态的初始值都可由状态机的输出状态进行置数。状态高位片置数低位片置数

Q 1Q

2

D7D6D5D4D3D2D1D0

0 0 1 1 1 0 0 1 1 0

0 1 1 1 1 1 1 0 1 1

1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1

再由上表化简，得D7=D6=D1=1 、D0=D3=D2=Q1⊕Q2、D4=Q1+Q2、D5=Q1与非Q2 。

5、延时、译码、及信号灯设计

信号灯同样可由状态机的输出信号控制，其中用“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，易得下表：

状态主干道支线

Q1Q2r y g R Y G

0 0 1 0 0 0 0 1

0 1 0 1 0 0 1 0

1 1 0 0 1 1 0 0

1 0 0 1 0 0 1 0

由上表，r=G、y=Y、g=R，其中r、g可由139译码器控制，而y、Y，则可由译码器的两个输出脚经过或门得到。

但是，为了实现在29、04、19秒变灯还必须在状态机与译码器之间加上一个延时器，当变灯信号到达后，延时一秒，再经由译码器控制信号灯变化，而这同样也可以由一个双D触发器实现。

三、设计实现

1、定时脉冲发生器硬件设计

2、状态机设计

状态机的触发时钟由两片控制器的进位RCO1与RCO2经过一个或门得到，即高低位片同时到达“0”时，触发状态机进入下一状态。

双D触发器实现状态机

3、控制器设计

由计算结果，可得控制器硬件电路，其中高低位片的置数都由状态机控制，当计数片倒数到达“0”后产生RCO，拉低LD电位，使置数。高低计数片的输出端连接48后控制数码管。另外，为了消除电路刚启动时的乱码，可在计数片的输出端上接一个四线与非门，当电路启动，并且低位片显示出“F”时，同样也实现置数功能。

4、延时

器及信号灯设计