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1、课课 程程 设设 计计课程名称 电子技术综合设计与实践 题目名称 交通灯控制器 学生学院 自动化学院 专业班级 13 级自动化 学 号 学生姓名 组 员_ _指导教师 2015 年 11 月 26 日IIIII广东工业大学课程设计任务书广东工业大学课程设计任务书题目名称交通灯控制器的设计学生学院自动化学院专业班级姓 名学 号一、课程设计的内容设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路。 二、课程设计的要求与数据1. 用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。主干道为东西向，有红、绿、黄三个灯；支干道为南北向，也有红、绿、黄三个灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则要求压线车辆快速穿过道
2、口。2. 由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道绿灯时间较长。当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯，两者交替重复。主干道每次放行 50 秒，支干道每次放行 30 秒。在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，需要亮 5 秒的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。3. 采用倒计时方法，各用两个七段数码管分别显示东西、南北方向的红灯、绿灯、黄灯时间。4. 能实现总体清零功能。按下清零键后，系统实现总清零，计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。5.能实现特殊状态的功能显示。设 S 为特殊状态的传感器信号，当 S=1 时，进入特殊
3、状态；当 S=0 时，退出特殊状态。按下 S 后，能实现如下特殊状态功能：(1).显示器闪烁。(2).计数器停止计数并保持原来的数据。(3).东西、南北路口均显示红灯状态。(4).特殊状态结束后，能继续对时间进行计数。6）.利用 QUARTUS软件，设计符合以上功能要求的交通灯控制器。用图形输入方法。IV控制器、计数器的功能用功能仿真的方法验证，可通过观察有关波形确认电路设计是否正确。通过编译，仿真和综合，并下载到相应芯片中实现，最后在学习机上验证设计课题的正确性。在学习机上验证结果。三、课程设计应完成的工作1、设计电路2、模拟仿真3、下载4、项目结果验证5、项目报告四、课程设计进程安排序号设
4、计各阶段内容地点起止日期1Quartus II 入门学习，熟悉设计流程；讲解 各设计任务及其要求，分配设计任务实 2-214第 13 周周 12通过查阅资料，完成电路设计，提交纸质 电路原理图草稿实 2-214第 13 周周 23在 Quartus II 和 DE2 板上实现设计实 2-214第 13 周周 34演示和验收实 2-214第 13 周周 35完成设计报告第 13 周周 4五、应收集的资料及主要参考文献1、尹明，电子技术综合设计与实践，. 西安电子科技大学出版社，西安，2011 2、谢云等，现代电子技术实践课程指导，机械工业出版社，北京，2006 3、张志刚，FPGA 与 SOPC
5、 设计教程DE2 实践，西安电子科技大学出版社， 西安，2007 4、阎石等，数字电子技术基础，高等教育出版社，北京，2006发出任务书日期：2015 年 6 月 25 日 指导教师签名：计划完成日期： 2015 年 11 月 27 日 基层教学单位责任人签章：6 主管院长签章：V摘 要本次的任务使用的环境是 QURATUS 软件，版本为 7.2，要求设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控电路，通过时序功能仿真后，下载到 DE-II 实验板上验证结果。交通信号灯控制器主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路及信号灯组成。秒脉冲发生器由 74LS292 分频器实现 1Hz 分频。定
6、时器采用同步十进制减法计数器 74LS190 实现 50S、30S、5S 倒计时计数。控制器由 JK 触发器组成，实现四种状态循环。译码显示电路通过七段显示译码器 7447 及七段显示数码管连接而实现。控制器通过定时器产生的信号来转变状态，实现对数字显示与红绿黄灯的转换的控制。关键词：分频器、定时器、控制器、译码显示VI目 录1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求11.1 设计任务.11.2 设计要求.12 模块及其原理介绍模块及其原理介绍22.1 分频器模块.22.2 主控制器模块.22.3 计数器模块.32.4 数码管显示模块42.5 交通灯显示模块52.6 复位功能模块62.7 特殊功
7、能模块.73 设计方案设计方案83.1 设计框图.83.2 总体方案设计.83.3 系统总体电路.94 实验结果与数据分析实验结果与数据分析94.1 实验结果.95 结论与问题讨论结论与问题讨论105.1 问题.105.2 解决方法.105.3 完成设计要求程度.105.4 总结10参考文献参考文献1011 设计任务目的与要求设计任务目的与要求11 设计任务： 设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路。 12 设计要求： 1). 用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。主干道为东西向，有红、绿、黄三个灯；支干道为南北向，也有红、绿、黄三个灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶
8、中的车辆有时间停靠到禁行线之外。 2).由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道绿灯时间较长。当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯，两者交替重复。主干道每次放行 50 秒，支干道每次放行 30 秒。 在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，需要亮 5 秒的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。 3). 能实现正常的、即时显示功能。用 DE2 上的四个七段数码管作为倒计时显示器。分别显示东西、南北方向的红灯、绿灯、黄灯时间。 4).能实现特殊状态的功能显示。设 S 为特殊状态的传感器信号，当=1 时，进入特殊状态。当=0 时，退出特
9、殊状态。按 S 后，能实现特殊状态功能： （1）显示器闪烁； （2）计数器停止计数并保持在原来的数据； （3）东西、南北路口均显示红灯状态；（4）特殊状态结束后，能继续对时间进行计数。 5).能实现总体清零功能。按下 R 后，系统实现总清零，计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。 6）.利用 QUARTUS软件，设计符合以上功能要求的交通灯控制器。用图形输入方法。控制器、计数器的功能用功能仿真的方法验证，可通过观察有关波形确认电路设计是否正确。通过编译，仿真和综合，并下载到相应芯片中实现，最后在学习机上验证设计课题的正确性。在学习机上验证结果。22 模块及其原理介绍模块及其原理介绍2.
10、1 分频器模块本次课设所使用的 DE-II 板提供频率为 50MHz 的信号输入，而我们设计所需要的频率为1Hz，因此我们要对其进行分频处理。我们采用 74LS292 分频器，通过对 E.D.C.B.A 五个引脚分别输入高.高.低.低.高电平，实现约为 1Hz 分频，作为定时器的输入信号。2.2 主控制器模块根据课程设计任务，共有 4 种状态，可以用二位二进制码（Q1 Q0）表示，实现主黄支红(S0)、主红支绿(S1)、主绿支黄(S2)、主绿支红(S3)四个状态循环,则有如下图所示交通灯控制器状态转换图。根据这个状态转换图可得出状态转换真值表，从而得到主控制器的电路。设 A 为倒计时计数输出信
11、号，当计数完成时输出 1，计数未完成时输出 0。主控制器是由两个 JK 触发器连接而成，当计数完成时，触发器便会从一个状态跳到下一个状态，从而实现了状态的转换。S0 主黄支红S1 主红支绿S2 主红支黄S3 主绿支红主控制器状态转换图0001 10113主控制器状态转换真值表根据真值表可以得到 Q1*、Q0*的真值表则 Q1、Q0 的状态方程分别为: 则 Q1、Q0 的状态方程分别为：Q0*=AQ1Q0+AQ1Q0+AQ1Q0+AQ1Q0=AQ0+AQ0Q1*=AQ1+AQ1Q0+AQ1Q0=(A+Q0)Q1+AQ0Q1又因为采用 JK 触发器，则其驱动方程为 Q*=JQ+KQ,则J0=A=K
12、0J1=A+Q0=K1因此我们可以将 J、K 端接在一起，接成 T 触发器，则T0=AT1=A+Q0主控制器模块电路如下所示：2.3 计数器模块设计要求对不同的状态维持的时间不同，而且要以十进制倒计时显示出来。主支干道分别采用两个 74LS168 完成计时器状态产生模块设计。设计思路:要以十进制输出，而又有一0000110111011011000001101100111101100001101100101110104些状态维持时间超过 10 秒，则必须用两个 74LS168 分别产生个位和十位的数字信号。我们可以通过将 74LS168 的时钟 CLK 端接秒脉冲从而实现计时功能。同时 74LS
13、168 计数器是十进制减法同步计数器，而且其具有同步置数（上升沿）的功能，因此我们可以采用置数法，根据主控制器状态给计数器置入对应的倒计时间。S0 状态时，主干道黄灯亮置入 05S，支干道红灯亮置入 05S；S1 状态时，主干道红灯亮置入 35S,支干道绿灯亮置入 30S；S2 状态时，主干道红灯亮置入 05S，支干道黄灯亮置入 05S;S3 状态时，主干道绿灯亮置入 50S，支干道红灯亮置入 55S。设 D31、D21、D11、D01 为主干道十位置数端，D30、D20、D10、D00 为主干道个位置数端；设 d31、d21、d11、d01 为支干道十位置数端，d30、d20、d10、d00
14、 为支干道个位置数端，因此可得主支干道置数真值表：Q1Q0D31D21D11D01D30D20D10D00000 0000101010011010110000001011101010000主干道置数真值表Q1Q0d31d21d11d01d30d20d10d00000 0000101010011000010000001011101010101支干道置数真值表则得到主干道真值表达式为：D31=0D21=Q1Q0D11=Q1Q0D01=Q1Q0+Q1Q0=Q0D30=D10=0D20=D00=Q1+Q1Q0=Q1+Q0支干道真值表达式为：d31=0d21=Q1Q0d11=Q1Q0d01=Q0d30=
15、d10=0d20=d00=Q1+Q1Q0=Q1+Q0则置数模块电路如下所示：5主干道置数电路支干道置数电路当 74LS168 的 U/DN 端为低电平时，进行减法运算。又因为日常生活中交通灯倒计时显示不会出现“00”，因此我们在主干道计数器或支干道计数器减到 01 的时候均输出低电平的置数脉冲，从而进行下一状态的倒计时显示。倒计时模块电路如下：6主干道计数模块支干道计数模块72.4 数码管显示模块我们采用 7447 译码器加共阴七段数码管实现时间显示功能，其电路如下所示：2.5 交通灯显示模块交通灯显示是表示电路所处的状态，受主控制器控制，即主控制器的状态决定主干道支干道的交通灯显示。设 G、Y、R 分别表示主干道的绿、黄、红灯；g、y、r 分别表示支干道的绿、黄、红灯，值为 1 时表示该灯亮，值为 0 时表示灯灭。设 S 为紧急开关，当 S 为 1 时，表示按下紧急按钮，仅主干道和支干道的红灯亮，其余灯不亮；当 S=0 时，电路维持正常,S0 时主黄支红；S1 时主红支绿；S2 时主红支黄；S3 时主绿支红。因此可得到交通灯的真值表：SQ1Q0GYRgyr1XX001001000010001001001100010001010011100001则真值表达式为：G=Q1Q0SY=Q1Q0SR=Q1Q0+Q1Q0
