交通灯控制器课程设计说明书

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1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名:学 号：学 院:电子与计算机科学技术学院专 业:微电子学题 目:交通灯控制器指导教师： 职称: 2010 年 1 月 15 日 目录1、 实验任务32、 实验目的33、 设计方案34、 参考电路设计45、 实验仪器设备96、 实验心得10一. 实验任务设计一个交通灯控制器，具体要求如下：1、 以红，黄，绿三种颜色的发光管作为交通灯。 绿灯亮表示可以通行,红灯亮表示禁止通行.黄灯亮表示未通过的车辆禁止通行.2、 每次放行时间为30秒，红转绿或绿转红时，需黄灯亮5秒作为过度。二. 实验目的1、 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程。2、 学习使用PROT

2、EL软件绘制电路原理图和印刷版图。3、 掌握应用EWB对设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。三. 设计方案 图1 图1为交通灯控制器的一个参考设计方案。在这一方案中，系统主要由控制器.定时器.脉冲信号发生器.译码器.信号灯组成。 TL.TY为定时器的输出信号，ST为控制器的输出信号。 当车道绿灯亮时，定时器开始记时，当记时到30秒时，TL输出为1，否则，TL=0； 当车道黄灯亮后，定时器开始记时，当记时到5秒时，TY输出为1，否则，TY=0； ST为状态转换信号，当定时器数到规定的时间后，由控制器发出状态转换信号，定时器开始下一个工作状态的定时计数。 交通信号灯有四个状态，用S0

3、. S1. S2 .S3来表示，并且分别分配编码状态为00 .01 .11. 10 ，控制状态为：控制器状态信号灯状态S0（00）红灯亮S1（01）黄灯亮S2（11）绿等亮S3（10）黄灯亮表1.状态转换表 图2 画出了控制器的状态转换图，图中TY和TL为控制器的输入信号，ST为控制器的输出信号。 图2. 状态转换图四. 参考电路设计1.定时器电路 定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模30的定时信号TL。 计数器选用集成电路74LS163

4、进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。CTp、CTT是交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图3所示。TY和TL为计数器的输出信号。ST为状态转化信号，每当ST输出一个正脉冲，计数器进行一轮计数。 电路图为： 图3. 计数器电路图 2.控制器电路 控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为

5、TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TL 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST 。 输 入输 出 现 态 Q1 Q2状态转换条件 次 状 态转换信号态 TL TY Q1n Q0n ST0 00 0 0 10 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 X 0 0 0 1 X 0 1 1X 0 0 1 0X 1 1 1 10 X 1 1 01 X 1 0 1X 0 1 0 0X 1 0 0 1 表2. 控制器状态转换表将Q1n+1、Q0

6、n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1表示反变量，然后将各与项相或，即可得到下面的方程： Q1n+1 = 1Q1n Q0n TY + Q1n Q0n + Q1n1Q0n1TY Q0n+1 = 1Q1n1Q0n TL+1 Q1n Q0n + Q1n1Q0n1TL ST = 1Q1n Q0n TL +1Q1n Q0nTY + Q1nQ0n1TY+ Q1n Q0nTL根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（ ）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图4所示。图4中R、C构成上电

7、复位电路 。保证触发器的初始状态为0，触发器的时钟输入端输入1HZ秒脉冲。 图4.控制器电路图（3）译码器 译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成车道上4个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。状态（Q1.Q0） 红 黄 绿 黄 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 表3. 控制器输出与信号灯之间的联系 电路图为： 图5.译码器电路图 （4）PROTEL电路为： 图6. PROTEL电路图（5）PCB印刷板图为： 图7. PCB板图五、实验仪器设备1 脉冲发生器 1只2 集

8、成电路74LS74 2片，74LS153 3片，74LS163 2片3 电阻 10K 1只4 电容 10Uf 1只5或门 6个，非门 4个. 其它 发光二极管 3只。六、实验心得 通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识

9、。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。在制作PCB时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实

10、习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！12