数字电路与系统设计

大作业报告

（ 2013 / 2014 学年第二学期）

数字电路与系统设计

交通灯管理系统

学生姓名班级学号

学院(系) 贝尔英才学院专业理工强化班

一、 实验要求：

设计一个交通灯管理系统。其功能如下：

(1)公路上无车时，主干道绿灯亮,公路红灯亮；

(2)公路上有车时，传感器输出C=1，且主干道通车时间超过最短时间，主干道 交通灯由绿→黄→红，公路交通灯由红→绿；

(3)公路上无车，或有车，且公路通车时间超过最长时间，则主干道交通灯由红→绿，公路交通灯由绿→黄→红；

(4)假设公路绿灯亮的最长时间等于主干道绿灯亮的最短时间，都为16秒，若计时到E=1；黄灯亮的时间设为4秒，若计时到F=1。当启动信号S=1时，定时器开始计时。

二、 设计思路：

1、 系统初始结构：

处理器

初始结构框图说明： （1）、输入信号为：传感器输出C ，启动信号S ，16s 计时到E ，4s 计时到F ； （2）、输出信号为：主干道绿灯亮HG ，主干道黄灯亮HY ，主干道红灯亮HR ；公路绿灯亮FG ，公路黄灯亮FY ，公路红灯亮FR ； （3）、输入和输出信号均为高电平有效。

控制器

指示灯 驱动电路 定时器

传感器信号C

T

主绿HG 主黄HY 主红HR 公绿FG 公黄FY

公红FR

图12.5.2 系统初始结构框图

启动信号

S

16s

计时到信号

E

4s

计

时到信号F

2、建立系统ASM 图：

分析题目要求建立ASM 图。

0T ：干道绿灯亮，公路红灯亮，若C=0，E=0，保持 0T 状态。若公路上有车

C=1，且干道通行最短时间（16s ）E=1，系统转换到1T 状态，此时S=1启动重新计时。

1T ：干道黄灯亮，公路红灯亮。黄灯亮的时间到（4s ）F=1，转到2T ，S=1。 2T ：主干道红灯亮，公路绿灯亮。若公路通行的最长时间到（16s ）

，转换到3T 。若时间未到看公路上还有无车辆，有车时（C=1）保持2T ,无车时（C=0）转到 3T ，S=1。

3T ：主干道红灯亮，公路黄灯亮，若黄灯亮时间到（4s ）F=1，转换到0T ，S=1。 每次状态转换后都要重新计时。 系统ASM 图如下：

3、处理器设计：

根据ASM 图列出处理器明细表，如下：

数据处理器明细表

操作表

状态变量表

控制信号

操作 状态变量

定义 0T

HG=1，FR=1 E F

E=1 F=1

1T HY=1，FR=1 2T

HR=1，FG=1 3T

HR=1，FY=1 S

启动定时器

首先设计定时电路，根据明细表知道S 是启动定时器的信号，E 、F 为定时器的输出信号，标志16S 和4S 的计时到。由于最长计时为16S 因此可选用一片74161芯片实现，电路图如下图所示。其中S 即为控制器送来的启动定时信号，高电平有效，将S 送入74161的__

D L 端，实现同步置“0”操作，开始一次重新计时。

增加两个JK 触发器是为了消除电路的冒险现象。对于计时到信号E 和F ，本来是F=1301(T )T Q Q +；E=02()cc T T Q +，但是由于表达式同时有两个以上的变量发生变化，可能产生冒险现象。增加两个JK 触发器，将一个状态锁存一个时钟周期，从而消除冒险。

定时器电路逻辑图

（2）然后设计指示灯驱动电路。根据处理器明细表可知驱动电路为组合电路，可根据明细表列出其真值表，如下图所示。

指示灯驱动电路真值表

HG HY HR FG FY FR 0T

1 0 0 0 0 1 1T 0 1 0 0 0 1 2T

0 0 1 1 0 0 3T

1

2

指示灯驱动电路如图所示。

指示灯驱动电路逻辑图

4、控制器设计：

根据每态一个触发器的方法实现控制器。由4个DFF 对4个状态0T 、1T 、2T 、

3T 进行编码。根据ASM 图直接推导激励函数为：

F T E C T D 3__

__00)(++= __

101F T CE T D += C E T F T D __

212+=

__

323)(F T C E T D ++=

输出控制信号S 发给处理器用来启动定时电路，其表达式为：

F T C E T F T CE T S 3__

210)(++++=

由此可得控制器电路图如下图所示。

*注：接入电路的激励：

00D =T C+E

+T F 3（）转换：00D =T C+E +T F 3（） 最终接入电路的激励为：003D =T CE+T F

综合控制器和处理器电路可得整个系统的逻辑图，如下图所示。