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电子技术课程设计交通灯简易设计

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2020年4月19日
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电子技术课程设计
交通灯控制器的设计

专 业： 电子信息类
班 级： 工三1401
学 号：
姓 名:
小组成员：
指导教师:
时间：

一、课程设计的内容:
一个十字路口，两条道分别为主道和支道，各设一个红、绿、黄三色交通灯。主道每次放行50秒，支道每次放行30秒。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。各交通灯均有数码管显示本状态的剩余时间。
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；黄灯亮则给行驶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，因此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Ｓ=1时，进入特殊状态。当Ｓ=0时，退出特殊状态。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MAXPLUSⅡ或Foundation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，可经过观察有关波形确认电路设计是否正确。经过编译，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、按要求设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路。
2、利用MAXPLUSⅡ或Foundation软件，画出设计要求的交通灯控制器电路。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，可经过观察有关波形确认电路设计是否正确。经过编译，仿真和综合。
3、模拟仿真结果正确后，结合实验板设置各输入、输出端；指定下载芯片，重新编译。编译结果正确后下载到相应芯片中。
4、下载完成后，在实验板上验证结果，利用实验板上的按键模拟呼叫源。
5、在验证结果正确后，确定方案并绘制电路图。编写总结报告。
四、应收集的资料及主要参考文献：
1.《数字电子技术基础》 高等教育出版社出版，阎石主编；
2.《现代电子技术实践课程指导》谢云 等 主编，机械工业出版社；
3《EDA技术与应用》江国强，电子工业出版社， 1月；
4《FPGA与SOPC设计教程: DE2实践》张志刚编著. 西安电子科技大学出版社。

摘 要
交通灯控制系统主要经过应用数字电路对交通灯控制电路的设计，使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口的两组红绿黄灯以及时间数码显示器的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。其中交通灯控制系统主要组成部分：控制器、译码器、秒脉冲信号发生器等。采用四进制的计数器作为作为电路的总控制器，负责四个状态控制，电路之间各个模块的重要信息交流。主控制器是系统的核心，由它控制译码器的工作。译码器输出两组信号灯的控制信号，秒脉冲发生器是系统中定时器和控制器的时钟信号源，经驱动电路后驱动信号灯工作，南北支路倒计时显示分别采用两个独立的减计数器，以秒脉冲为输入，计数器的初始化置数由逻辑电路控制，计数器进位输出输入总控制器中，使系统跳变到下一个状态，计数器的输出接到7段译码器进行时间显示。经过在各个显示部分加入适当逻辑电路和多路选择芯片来完成系统的特殊功能。 关键词：交通灯控制器 、总控制电路、秒脉冲发生电路、译码显示电路、LED信号灯。

目 录
1 设计任务目的与要求 .............................................................1
1.1 设计任务 ................................................................................1
2 模块及其原理介绍 .................................................................2
2.1 设计总体电路图 ....................................................................2
2. 2 主控器模块.............................................................................3
2.3计数模块 .................................................................................4
2.4置数模块 .................................................................................4
2.5译码电路 .................................................................................6
2.6数码管显示模块 .....................................................................6
2.7数据选择器（MUX） .............................................................6
3 设计方案 .................................................................................7
3.1 设计构思 ................................................................................7
4 实验结果与数据分析 .............................................................7
4.1 功能测试 ................................................................................7
4.2 实验现象 ................................................................................8
4.3 功能分析 ................................................................................9
5 结论与问题讨论 ………………………………………………………………9
6 参考文献 ...............................................................................9

1 设计任务目的与要求
1.1 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。

1.2 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，因此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Ｓ=1时，进入特殊状态。当Ｓ=0时，退出特殊状态。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.
2 模块及其原理介绍
2.1 设计总体电路图

2.2主控器模块
根据设计任务设计4种状态，用二位二进制码（S1 S0）表示，设将红、绿、黄灯分别用 R、G、Y 表示，A、B分别代表主干道的东西向和支干道的南北向，设主干道绿灯亮的时间为TA,支干道绿灯亮的时间为TB黄灯亮的时间为TY，则有下图所示交通灯控制状态图。

根据原理设计出主控制器模块如图示：

2.3计数模块 计数模块接收置数模块数据后，在秒脉冲作用下进行减法计数。当计时时间到达，则重置数据后再进行减运算。计数模块也有Ａ和Ｂ两个。 计数模块能够用可预置十进制减计数器，连接成两位十进制计数器。
电路图如下：

2.4置数模块
置数模块分为A、B二个部分，分别给东西、南北方向的计数器A和B提供计数时的初始值，它们都是两位BCD码。置数模块A的预置数据如表2所示。

2.5译码电路
译码电路将主控器的输出状态(S0 S1 ) 译码为东西、南北方向6个交通灯的信号，“1”表示亮灯，“0”表示灭灯，对应的真值表如表1所示。

以此画出译码电路如是：

2.6数码管显示模块
接收到计数模块的信号后，经过7447译码器在四个7段数码管上显示东西，南北两个方向红绿灯的实时倒数数字。

2.7数据选择器（MUX）
当出现特殊情况时，计时显示发生闪烁，可在计数器后面加入二选一的数据选择器，用S和CP控制。
3 设计方案
3.1 设计构思
交通灯控制器的框图如下图所示，包括主控制模块、置数模块、计数模块、译码器模块和数据选择器模块几个部分，其中核心部分是主控制模块。置数模块将交通灯的点亮时间预置到置数电路中。计数模块以基准时间秒为单位做倒计时。当计数值减为零即预置时间到，主控电路改变输出状态，电路进入下一个状态的倒计时。译码器模块将主控电路的当前状态译码为红、绿、黄三色灯的点亮信号。

4 实验结果与数据分析
4.1 功能测试：
1、采用MAXPLUSⅡ或Foundation，对各个模块进行仿真，直到模块功能符合设计要求。
2、按总体设计连接各个模块，做系统整体的仿真。检测是否功能不足和致命错误。
经过系统仿真得下图所示为系统仿真结果：

3、把已经调试好的整体电路编译后下载到DE2实验板上进行测试，检测系统是否正常运行与功能是否完全合乎设计要求。
4.2 实验现象
1、编译时出现错误警告，经检查发现是结点粘连，造成多信号输入。是绘制问题，改正后即正常运行。
2、下载到DE2板上实验时，比较稳定。
4.3 功能分析
1.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，主干道每次绿灯放行50秒，南北支干道每次绿灯放行30秒；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外，东西南北方向由绿灯转换为红灯之前均有5秒亮黄灯。
2. 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。
3.S为特殊状态的传感器信号，当Ｓ=1时，进入特殊状态。当Ｓ=0时，退出特殊状态。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）.R为重置功能的传感器信号，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。
5 结论与问题讨论
经过此次课程设计，我获益匪浅。我的理论水平和实践动手能力都得到很大的提高。此次设计我采用电子电路分析方法，模块化地设计出电路。我对自己在数字电路方面的能力有了更为客观的评价，特别是分析和设计逻辑组合电路。整个设计过程中，我经过查找资料、分析电路、选择合适实用的元器件，尽量使电路做到最好最完善。由此培养了我严谨的学习态度，是我认识到做任何事都不要抱有侥幸心理，一定要踏踏实实地做好。同时也让我认识到电子技术科学领域的广袤，学到了很多课堂上学不到的知识，同时遇到各种各样新问题，并认真地解决了这些问题。另外对各种电子类设计的计算机辅助工具有了更深一步的了解。
6 参考文献
1.《数字电子技术基础》 高等教育出版社出版，阎石主编; 2.《现代电子技术实践课程指导》谢云 等 主编，机械工业出版社;
3.《EDA技术与应用》江国强，电子工业出版社， 1月;
3.《FPGA与SOPC设计教程: DE2实践》张志刚编著. 西安电子科技大学出版社。