數(shù)字電子技術交通燈課程設計

1、<p>　　《數(shù)字邏輯電路》課程設計</p><p>　　題 目： 交通燈控制器的設計 </p><p>　　專 業(yè)： 計算機科學與技術 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學 號： </p

2、><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　完成日期： 2012.12.29 </p><p><b>　　目錄:</b></p><p><b>

3、;　　1.設計任務及要求</b></p><p><b>　　2.總體控制方案</b></p><p><b>　　3.控制電路設計</b></p><p>　　3.1 控制電路工作原理 </p><p>　　3.2 控制電路設計原理</p><p>

4、;<b>　　4.倒計時電路設計</b></p><p>　　4.1具有同步置數(shù)功能的十進制減法計數(shù)器</p><p>　　4.2主干道與支干道倒計時電路設計</p><p><b>　　5.倒計時電路設計</b></p><p>　　5.1動態(tài)顯示工作原理</p><p>

5、　　5.2動態(tài)顯示及譯碼電路設計</p><p><b>　　6.總體電路設計</b></p><p><b>　　6.1總體電路</b></p><p><b>　　6.2電路工作說明</b></p><p><b>　　7.電路仿真調試</b><

6、/p><p>　　7.1控制電路仿真調試</p><p>　　7.2倒計時電路仿真調試</p><p>　　7.3譯碼顯示電路仿真調試</p><p>　　7.4總體電路仿真調試 , 下載驗證 </p><p>　　??8.實驗結果分析.改進意見與學習心得體會</p><p><b>　　

7、9.參考文獻</b></p><p>　　摘要：交通燈控制電路的設計，設計了一個南北方向和東西方向十字路口的交通燈控制電路，本交通燈控制電路采用74LS193可預置四位二進制雙時鐘可逆計數(shù)器實現(xiàn)計數(shù)功能，并通過一系列集成邏輯門電路芯片控制紅綠燈的交替顯示。</p><p><b>　　具體方案如下：</b></p><p>　　??

8、1設計任務及要求</p><p>　　設計一個用于十字路口的交通燈控制器。能顯示十字路口東西、南北兩個方向的紅、黃、綠的指示狀態(tài)。</p><p>　　具有倒計時功能。用兩組數(shù)碼管作為東西和南北方向的倒計時顯示，主干道每次放行（綠燈）60秒，支干道每次放行（綠燈）45秒，在每次由綠燈變成紅燈的轉換過程中，要亮黃燈5秒作為過渡，黃燈每秒閃亮一次。 </p><p>&

9、lt;b>　　??2總體控制方案</b></p><p>　　設主干道綠燈、黃燈、紅燈分別為G1、Y1、R1；支干道綠燈、黃燈、紅燈分別為G2、Y2、R2，并且均用0表示滅，1表示亮，則交通燈有如下四種輸出狀態(tài)： </p><p>　　通過以上觀察可發(fā)現(xiàn)：</p><p>　　當主干道或者支干道的倒計時計數(shù)值為01時，控制器將從當前狀態(tài)轉入下一

10、個狀態(tài)。因此，計數(shù)值01可作為控制器狀態(tài)轉換的條件，同時也可產生同步置數(shù)信號，將下一狀態(tài)的計數(shù)初值置入計數(shù)器。</p><p><b>　　??3控制電路設計</b></p><p>　　3.1控制電路工作原理：</p><p><b>　　4狀態(tài)循環(huán)實現(xiàn)：</b></p><p>　　主干道和支干

11、道信號燈的實現(xiàn)：采用4位二進制計數(shù)器74161實現(xiàn)控制器的四個狀態(tài)循環(huán)。當?shù)褂嫊r計數(shù)值為01時T1=1，作為7161的計數(shù)使能信號。</p><p>　　3.2控制電路設計原理：</p><p>　　??4倒計時電路設計</p><p>　　4.1：具有同步置數(shù)功能的十進制減法計數(shù)器：</p><p>　　由具有同步置數(shù)功能的十進制減法計數(shù)器

12、實現(xiàn)。</p><p>　　LDN=1時： 通過卡諾圖分別求解驅動方程D3D2D1D0</p><p>　　LDN=0時： D3D2D1D0=DCBA</p><p><b>　　合成芯片為10：</b></p><p>　　2.再將兩片及聯(lián)實現(xiàn)2為二進制減法計數(shù)器：</p><p><b&

13、gt;　　合成為dec芯片：</b></p><p>　　4.2主干道與支干道倒計時電路設計</p><p>　　當主干道或支干道減法計數(shù)器為01時，產生同步置數(shù)信號，將下一狀態(tài)計數(shù)初值置入。</p><p>　　??5. 倒計時電路設計 </p><p>　　5.1動態(tài)顯示工作原理: EDA實驗板上一共有8個數(shù)碼管，如果按照傳統(tǒng)

14、的數(shù)碼管驅動方式，則需要8個七段譯碼器和64個I/O口進行驅動，這樣就會浪費大量的資源。所以最常見的數(shù)碼管驅動電路為動態(tài)掃描顯示。</p><p>　　數(shù)碼掃描顯示原理：利用人眼的視覺暫留效應，把多個數(shù)碼管按一定順序進行點亮（顯示）。當點亮的頻率（即掃描頻率）不大時，人眼看到的是數(shù)碼管一個個的依次點亮，然而掃描頻率足夠大時，看到的不再是一個一個的點亮，而是全部同時點亮。</p><p>　

15、　共陰極數(shù)碼管：將每個數(shù)碼管的公共端（陰極）分別接三-八譯碼器的輸出，三-八譯碼器的輸入為位選信號；將多個數(shù)碼管的相同段接在一起，作為段碼輸入端。</p><p>　　5.2動態(tài)顯示及譯碼電路設計:</p><p><b>　　七段譯碼：</b></p><p>　　--bcd-7seg</p><p>　　LIBRAR

16、Y IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;</p><p>　　ENTITY bcd_7seg IS</p><p><b>　　PORT(</b></p><p>　

17、　in_data:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>　　out_data:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)</p><p><b>　　);</b></p><p>　　END bcd_7seg;</p><p>　　ARCHITECTU

18、RE rtl of bcd_7seg IS</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　PROCESS(in_data)</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　CASE in_data IS</p><p>　　W

19、HEN "0000"=>out_data<="00111111";</p><p>　　WHEN "0001"=>out_data<="00000110";</p><p>　　WHEN "0010"=>out_data<="01011011&q

20、uot;;</p><p>　　WHEN "0011"=>out_data<="01001111";</p><p>　　WHEN "0100"=>out_data<="01100110";</p><p>　　WHEN "0101"=>

21、out_data<="01101101";</p><p>　　WHEN "0110"=>out_data<="01111100";</p><p>　　WHEN "0111"=>out_data<="00000111";</p><p>

22、;　　WHEN "1000"=>out_data<="01111111";</p><p>　　WHEN "1001"=>out_data<="01100111";</p><p>　　WHEN OTHERS=>out_data<="00000000";&

23、lt;/p><p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p><b>　　END rtl;</b></p><p><b>　　合稱為：</b></p><p>　　合稱disp芯片為：</p

24、><p>　　??6.總體電路設計:</p><p><b>　　6.1總體電路:</b></p><p>　　6.2電路工作說明:此電路主要是由控制器、倒計時器、譯碼器和脈沖信號發(fā)生器等組成，給總電路加入引腳下載驗證。脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中倒計時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號。交通燈4種工作狀態(tài)的轉換是由控制器器進行控制

25、的。設控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示。譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 q1、 q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成主干道與支干道上6個信號燈的工作狀態(tài)。由于最后在cp和cpscan均設為不相同的時鐘信號，所以在顯示的波形圖中主干道G1，Y1，R1和次干道G2，Y2，R2信號波不相同，主干道每次放行（綠燈）60秒，支干道每次放行（綠燈）45秒，在每次由綠燈變成紅燈的轉換過程中，要亮黃燈5秒作為過渡

26、，黃燈每秒閃亮一次，然后進入循環(huán)狀態(tài)，實現(xiàn)交通控制功能。</p><p>　　??7.電路仿真調試:</p><p>　　7.1控制電路仿真調試和其余部分電路仿真調試：</p><p>　　具有同步置數(shù)功能的十進制減法計數(shù)器</p><p>　　級聯(lián)實現(xiàn)2位十進制減法計數(shù)器</p><p>　　7.2 倒計時電路仿真調

27、試</p><p>　　7.3 譯碼顯示電路仿真調試</p><p><b>　　總的波形圖：</b></p><p>　　7.4 總體電路仿真調試</p><p>　　結果： 主干道交通燈轉換數(shù)據(jù) </p><p>　　綠→黃 黃→紅

28、 紅→綠</p><p>　　正常 正常 正常 </p><p>　　支干道交通燈轉換數(shù)據(jù) </p><p>　　紅→綠 綠→黃

29、 黃→紅 </p><p>　　正常 正常 正常 通過將設計電路寫入可編程器件DVCC驗證得所設計的交通信號燈設計能夠正確顯示，各方向紅綠燈符合均不沖突，符合實驗最終目的要求。</p><p>　　??8.改進意見與學習心得體會</p>&

30、lt;p>　　本次數(shù)字電子技術課程設計使用Quartus II 8.1軟件，剛開始比較棘手，逐漸熟悉就好多了，當然離不開多問多練。</p><p>　　改進意見：倒計時電路可以改由555多諧振蕩器實現(xiàn)。</p><p>　　心得體會：在最終電路的調試仿真圖中，如果cp和cpscan時鐘信號都置為ns級單位，最后是仿真不出來的，不明顯，圖中單位均為us級別的。圖中由于作圖時誤差避免不了

31、，儀器本身緣故和線路圖的缺陷在最后形成的波形圖中，rst信號前一部分置為0后置為1，紅綠燈才有信號顯示，并且前一部分輸出seg[7..0]與上面顯示的8位二進制不相符，后一部分才基本吻合，從上圖可以看出，seg信號為00111111時，主干道黃燈開始顯示，綠燈滅，紅燈也不亮，支干道紅燈亮，符合設計要求。通過測試與學習，也學會將信號中出現(xiàn)的ASCALL值轉換成Biary即八位二進制表示。</p><p>　　為期一

32、周的電子線路綜合設計，我們的收獲和體會良多。通過這次課程設計，加強了我們思考和解決問題的能力以及動手實踐的能力。實驗室做實驗時老師現(xiàn)場指導，遇到不懂的問題，老師耐心的為我們講解，許多問題都是經(jīng)過多問老師才得以順利解決的，其次向周圍的同學虛心請教，還需要翻閱相關書籍、上網(wǎng)查找資料。在這個過程中，我們加深了對課本內容的理解，也擴展了自己的知識面，學到了很多平時沒有接觸到的東西。 這兩周的實習過程曲折可謂一語難盡。雖然電路的原理圖在軟件上仿真

33、成功了，但在現(xiàn)實中運行卻不那么順利，因為軟件仿真時的環(huán)境是理想化的，而現(xiàn)實中存在著很多不確定因素的干擾。電路的調試過程是非常艱巨的，線路較復雜，仿佛每個地方都有可能出現(xiàn)異常狀況。越是這樣，我們越要細心，分主要模塊進行測試，最后一定能找出原因，使電路正常運作。在進行每一個步驟時我們都在不斷地交流各自的意見，更正錯誤。這次實習鍛煉了我們團隊合作的能力?！叭诵?，必有我?guī)熝伞保魑煌瑢W之間取長補短，共同合作，把課程設計的任務做好。團隊需要個人