1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)任務(wù)書1、 明確所要設(shè)計(jì)系統(tǒng)的邏輯功能明確所要設(shè)計(jì)系統(tǒng)的邏輯功能主干道支干道二、設(shè)計(jì)過程二、設(shè)計(jì)過程2 系統(tǒng)由系統(tǒng)由控制器控制器和和處理器處理器組成，控制器接收外部系統(tǒng)時鐘信號。秒脈組成，控制器接收外部系統(tǒng)時鐘信號。秒脈沖信號發(fā)生器用于給各個組成部分提供脈沖信號，通過定時器向控制器沖信號發(fā)生器用于給各個組成部分提供脈沖信號，通過定時器向控制器發(fā)出三種定時信號，使相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光。處理器由定時器和譯碼發(fā)出三種定時信號，使相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光。處理器由定時器和譯碼顯示器組成。定時器能向控制器發(fā)出定時信號，譯碼顯示器在控制器的顯示器組成。定時器能向控制器發(fā)出定時信號，譯碼顯

2、示器在控制器的控制下，改變交通燈信號?？刂葡?，改變交通燈信號。2、 確定系統(tǒng)方案確定系統(tǒng)方案秒脈沖發(fā)生器定時器控制器譯碼器主干道信號燈支干道信號燈處理器AGAYARBGBYBR STTLTY二、設(shè)計(jì)過程二、設(shè)計(jì)過程3AG、AY、AR分別表示主干道綠、黃、紅三色燈；BG、BY、BR分別表示支干道綠、黃、紅三色燈；TL: 表示主干道或支干道綠燈亮的時間間隔為20秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。TY：表示黃燈亮的時間間隔為4秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器清零并且開始下個工作狀態(tài)的

3、定時。二、設(shè)計(jì)過程二、設(shè)計(jì)過程4交通燈控制器的控制過程分為4階段，對應(yīng)輸出有4種狀態(tài)：（1）主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上的車輛允許通行，支干道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔20S時（TL=1），控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（2）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，支干道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔4S時（TY=1），控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。二、設(shè)計(jì)過程二、設(shè)計(jì)過程5 （3）主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上的車輛允許通行。綠燈亮足規(guī)定的時間間隔20S時（TL=1），控

4、制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （4）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔4S （TY=1），時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。 二、設(shè)計(jì)過程二、設(shè)計(jì)過程6二、設(shè)計(jì)過程二、設(shè)計(jì)過程 交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器進(jìn)行控制的。設(shè)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，控制器應(yīng)送出甲、支干道紅、黃、綠燈的控制信號。二、設(shè)計(jì)過程二、設(shè)計(jì)過程81. 秒脈沖發(fā)生器 方案一方案一 可采用555定時器組成秒脈沖信號發(fā)生器。

5、因?yàn)樵撾娐返妮敵雒}沖的周期T0.7(R1+2R2)C,若T=1s，令C=10f，R1=39K,那么R251K。取一固定電阻47K與一個5K的電位器想串聯(lián)代替電阻R2。在調(diào)試電路時，調(diào)節(jié)電位器RP ,使輸出脈沖周期為1s。三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)91. 秒脈沖發(fā)生器 方案二方案二用石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成秒脈沖信號發(fā)生器。先用石英晶體振蕩器和若干電阻電容組成頻率為32768Hz的信號發(fā)生器，再用十四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4060 14進(jìn)行14分頻使其成為2Hz的信號，最后用D觸發(fā)器進(jìn)行2分頻，使其成為頻率為1Hz的秒脈沖信號。 三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)1. 秒脈沖發(fā)生器 方

6、案二方案二三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)1. 秒脈沖發(fā)生器 方案選擇：方案選擇：由于用秒脈沖信號作為計(jì)數(shù)器的計(jì)時脈沖，其精度會影響計(jì)數(shù)器的精度，進(jìn)而影響控制系統(tǒng)的精度，因此要求秒脈沖信號具有比較高的精度，為提高精度可先做一個頻率比較高的矩形波振蕩器，然后將其輸出信號分頻，就可以得到頻率較低而精度比較高的脈沖信號發(fā)生器。用石英晶體構(gòu)成秒脈沖信號發(fā)生器不需要外加輸入信號，而且其脈沖頻率很穩(wěn)定，起振快、時基精度高，它的工作頻率僅決定于石英晶體的振蕩頻率，而與電路中的R、C的數(shù)值無關(guān)。三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)2. 定時器 定時器由系統(tǒng)秒脈沖和同步計(jì)數(shù)器構(gòu)成。時鐘脈沖上升沿到來時，在控

7、制信號ST的作用下，計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)，并向控制器提供模M24、M4、M20信號，即TL、TY、TG。方案一方案一 用74LS193直接構(gòu)成減計(jì)數(shù)器，時鐘脈沖上升沿到來時，在控制信號ST的作用下，計(jì)數(shù)器以減計(jì)數(shù)向控制器提供M4、M24、M20的信號。三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)2. 定時器 方案二方案二定時器由與系統(tǒng)秒脈沖同步的計(jì)數(shù)器74161構(gòu)成，時鐘脈沖上升沿到來時，在控制信號ST作用下，計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)，并向控制器提供M24、M4、M20信號。三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)2. 定時器方案選擇方案選擇74LS193是雙時鐘同步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，用它進(jìn)行減計(jì)數(shù)與數(shù)字顯示倒計(jì)

8、時相符合。然而必須在輸入端輸入數(shù)字，因此向控制器提供M4、M24、M20的信號需要5片74LS193。而用74161可以級聯(lián)，只需要2片即可向控制器提供M4、M24、M20的信號，倒計(jì)數(shù)可在數(shù)字顯示電路中實(shí)現(xiàn)。三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)15 定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）和計(jì)數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從零開始進(jìn)行增1計(jì)數(shù)，向控制器提供模4的定時信號TY和模24的定時信號TL。 三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)3. 控制器控制器 控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。選用

9、兩個D觸發(fā)器FF1、FF0為時序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)控制器處于Qn1Q0n 00狀態(tài)時，如果TL 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關(guān)，所以用無關(guān)項(xiàng)X表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。 三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)3. 控制器控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號Q1nQ0nTLTYQ1n+1Q0n+1ST000X000001X01101X001001X1111110X110111X10110X010010X1001輸 入輸 出現(xiàn)態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件次態(tài)三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路

10、的設(shè)計(jì) 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可以推出狀態(tài)方程和ST信號方程，其方法是：將Q1n+1Q0n+1和 ST為1的項(xiàng)所對應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中1用原變量表示，0用反變量表示，然后將各與項(xiàng)相或，即可得到下面的方程： 三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)3. 控制器控制器19 根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實(shí)現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值Qn1Q0n加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能?？刂破鞯倪壿媹D如圖。器件：74ls74（D觸發(fā)器）、74ls153（雙四選一數(shù)據(jù)選擇器）三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)3. 控制器控制器20 系統(tǒng)輸出是在Q1Q0驅(qū)動下的六個信號燈，各狀態(tài)與信號燈的關(guān)系由表給出。狀態(tài)AG AY ARBG BY BR001 0 0 0 0 1010 1 00 0 1100 0 11 0 0110 0 10 1 0三、單元電路的設(shè)計(jì)三、單元電路的設(shè)計(jì)4. 譯碼器譯碼器2101QQA