1、課程設計課程名稱電子技術綜合設計與實踐（1）題目名稱交通燈控制器學生學院自動化學院專業班級13級自動化卓越1班學 號 3113000981黃景運學生姓名 指導教師2015年11月9日廣東工業大學課程設計任務書題目名稱學生學院交通燈控制器的設計專業班級13級自動化卓越(1)班自動化學院黃景運3113000981一、課程設計的內容設計一個十字路口的紅、綠、黃三色信號交通燈控制電路。二、課程設計的要求與數據1.用紅、綠、黃三色發光二極管作信號燈。主干道為東西向，有紅、綠、黃三個燈；支 干道為南北向，也有紅、綠、黃三個燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則要求 壓線車輛快速穿過道口。2. 由于主

2、干道車輛較多而支干道車輛較少，所以主干道綠燈時間較長。當主干道允許通 行亮綠燈時，支干道亮紅燈。而支干道允許通行亮綠燈時，主干道亮紅燈，兩者交替重復。主干道每次放行50秒，支干道每次放行 30秒。在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉換過程中間，需要亮5秒的黃燈作為過渡，以使行駛中的車輛有時間停靠到禁行線以外。3. 采用倒計時方法，各用兩個七段數碼管分別顯示東西、南北方向的紅燈、綠燈、黃燈時間。4. 能實現總體清零功能。按下清零鍵后，系統實現總清零，計數器由初始狀態開始計數, 對應狀態的指示燈亮。5. 能實現特殊狀態的功能顯示。設S為特殊狀態的傳感器信號，當S=1時，進入特殊狀態；當S=0時，退出特殊狀

3、態。按下 S后，能實現如下特殊狀態功能:(1) .顯示器閃爍。(2) .計數器停止計數并保持原來的數據。(3) .東西、南北路口均顯示紅燈狀態。(4) .特殊狀態結束后，能繼續對時間進行計數。6).利用QUARTUS n軟件，設計符合以上功能要求的交通燈控制器。用圖形輸入方法。6控制器、計數器的功能用功能仿真的方法驗證， 可通過觀察有關波形確認電路設計是否正確。 通過編譯，仿真和綜合，并下載到相應芯片中實現，最后在學習機上驗證設計課題的正確性。 在學習機上驗證結果。三、課程設計應完成的工作1、設計電路2、模擬仿真3、下載4、項目結果驗證5、項目報告四、課程設計進程安排序號1設計各階段內容地點起

4、止日期1Quartus II入門學習，熟悉設計流程；講解 各設計任務及其要求，分配設計任務實 2-212，214第8周周12通過查閱資料，獨立完成電路設計，提交 紙質電路原理圖草稿實 2-212，214第8周周2-周33在Quartus II和DE2板上實現設計實 2-212，214第8周周4-周54演示和驗收實 2-212，214第8周周55元成設計報告五、應收集的資料及主要參考文獻1、 尹明，電子技術綜合設計與實踐，.西安電子科技大學出版社，西安，20112、謝云等，現代電子技術實踐課程指導，機械工業出版社，北京， 20063、張志剛，FPGA與SOPC設計教程一DE2實踐，西安電子科技大

5、學出版社， 西安，20074、閻石等，數字電子技術基礎，發出任務書日期：高等教育出版社，北京, 月2006指導教師簽名：計劃完成日期:基層教學單位責任人簽章:6主管院長簽章:本次的任務是利用QURATU軟件設計一個十字路口的紅、綠、黃三色信號交通燈控電路，通過時序功能仿真后，下載到 DE-II 實驗板上驗證結果。交通信號燈控制器主要由秒脈沖發生器、定時器、控制器、譯碼顯示電路及信號燈組成。秒脈沖發生器由74LS292分頻器實現1Hz分頻。定時器采用同步十進制減法計數器74LS190實現50S、30S、5S倒計時計數。控制器由JK觸發器組成，實現四種狀態循環。譯碼顯示電路通過七段顯示譯碼器744

6、7及七段顯示數碼管連接而實現。控制器通過定時器產生的信號來轉變狀態，實現對數字顯示 與紅綠黃燈的轉換的控制。關鍵詞： 分頻器、定時器、控制器、譯碼顯示9設計任務目的與要求1.1 設計任務1.2 設計要求模塊及其原理介紹2.1 分頻器模塊2.2 主控制器模塊2.3 計數器模塊2.4 數碼管顯示模塊2.5 交通燈顯示模塊2.6 復位功能模塊2.7 特殊功能模塊設計方案3.1 設計框圖3.2 總體方案設計3.3 系統總體電路實驗結果與數據分析4.1 實驗結果結論與問題討論5.1 問題5.2 解決方法5.3 完成設計要求程度5.4 總結參考文獻錯誤 !未定義書簽。錯誤 !未定義書簽。1010錯 誤 !

7、 未定義書簽。錯 誤 ! 未定義書簽。錯 誤 ! 未定義書簽。1051 設計任務目的與要求1 1 設計任務：設計一個十字路口的紅、綠、黃三色信號交通燈控制電路。12 設計要求：1). 用紅、綠、黃三色發光二極管作信號燈。主干道為東西向，有紅、綠、黃三個燈；支干道為南北向，也有紅、綠、黃三個燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮 則給行駛中的車輛有時間停靠到禁行線之外。2). 由于主干道車輛較多而支干道車輛較少，所以主干道綠燈時間較長。當主干道允許 通行亮綠燈時，支干道亮紅燈。而支干道允許通行亮綠燈時，主干道亮紅燈，兩者交替重復。主干道每次放行 50秒，支干道每次放行 30秒。在每次由亮綠燈

8、變成亮紅燈的轉換過程中間，需要亮 5秒的黃燈作為過渡，以使行駛中 的車輛有時間停靠到禁行線以外。3). 能實現正常的、即時顯示功能。用 DE2上的四個七段數碼管作為倒計時顯示器。分別顯示東西、南北方向的紅燈、綠燈、黃燈時間。4).能實現特殊狀態的功能顯示。設S為特殊狀態的傳感器信號，當S =1時，進入特殊狀態。當S =0時，退出特殊狀態。按S后，能實現特殊狀態功能:1 )顯示器閃爍；3)東西、南北路口均顯示紅燈狀(2)計數器停止計數并保持在原來的數據；態； (4)特殊狀態結束后，能繼續對時間進行計數。5).能實現總體清零功能。按下 R后，系統實現總清零，計數器由初始狀態開始計數, 對應狀態的指

9、示燈亮。6).利用QUARTUB軟件，設計符合以上功能要求的交通燈控制器。用圖形輸入方法。控制器、計數器的功能用功能仿真的方法驗證，可通過觀察有關波形確認電路設計是否正確。通過編譯，仿真和綜合，并下載到相應芯片中實現，最后在學習機上驗證設計課題的正 確性。在學習機上驗證結果。2模塊及其原理介紹2.1分頻器模塊本次課設所使用的DE-II板提供頻率為50MHz的信號輸入，而我們設計所需要的頻率為1Hz,因此我們要對其進行分頻處理。我們采用 74LS292分頻器，通過對E.D.C.B.A五個引腳分別輸入高.高.低.低.高電平，實現約為1Hz分頻，作為定時器的輸入信號。baITPIiraIP3742S

10、2 A B C 0 E CLRNI CLKI CLIQ:網卻FFL£Q DIVI- I - F I -F2.2主控制器模塊根據課程設計任務，共有4種狀態，可以用二位二進制碼（Q1 Q0表示，實現主黃支紅（SO）、主紅支綠（S1）、主綠支黃（S2）、主綠支紅（S3）四個狀態循環,則有如下圖所示交通 燈控制器狀態轉換圖。根據這個狀態轉換圖可得出狀態轉換真值表，從而得到主控制器的電 路。設A為倒計時計數輸出信號，當計數完成時輸出 1,計數未完成時輸出0。主控制器是由兩個JK觸發器連接而成，當計數完成時，觸發器便會從一個狀態跳到下一個狀態，從而 實現了狀態的轉換。J主黃支紅丿（Ji） J主紅

11、支黃丿主控制器狀態轉換圖00011011000011011101101100主控制器狀犬態轉換真值表00011011 、0001101100111001011011011010根據真值表可以得到Q1*、Q0*的真值表則Q1 Q0的狀態方程分別為：則Q1Q0的狀態方程分別為:QO*=AQ1 Q0 +A' Q1 Q0+AQ1Q0+A'Q1Q0 =A' Q0+AQ0Q1*=A QUAQf Q0+AQ1Q0=(A ' +Q0)Q1+AQ0Q'1又因為采用JK觸發器，則其驅動方程為Q*=J' Q+KQ ,則J0=A =K0J1=A +Q0 =K1因此我們可

12、以將J、K端接在一起，接成T觸發器，則T0=AT1=A +Q0主控制器模塊電路如下所示:,4JrFBtKI4卜Il'"*! 2 l亍ll -(.I，.*!II-:i他匕府'ipmiJIKICLFtH101CLK1QNZPRNZQ2M2C1M2KZCLRh2CLKK3A* QCj * o4JK FLIP-FLOPS I:卜T”卜,-*卜p" "r 't '"I J "1 、Z - H d I . H BHBBBH .H - H Ji 74112 i 40-1-.出屮2.3計數器模塊設計要求對不同的狀態維持的時間不同

13、，而且要以十進制倒計時顯示出來。主支干道分 別采用兩個74LS168完成計時器狀態產生模塊設計。 設計思路：要以十進制輸出，而又有一些 狀態維持時間超過10秒，則必須用兩個74LS168分別產生個位和十位的數字信號。 我們可以 通過將74LS168的時鐘CLK端接秒脈沖從而實現計時功能。同時 74LS168計數器是十進制減法同步計數器，而且其具有同步置數（上升沿）的功能，因此我們可以采用置數法，根據主控制器狀態給計數器置入對應的倒計時間。S0狀態時，主干道黃燈亮置入 05S,支干道紅燈亮置入05S; S1狀態時，主干道紅燈亮置入35S,支干道綠燈亮置入30S; S2狀態時，主干道紅燈亮置入05

14、S,支干道黃燈亮置入05S;S3狀態時，主干道綠燈亮置入 50S,支干道紅燈亮置入55S。設D31、D21、D11、D01為主干道十位置數端，D30 D20 D10 D00為主干道個位置數端；設d31、d21、d11、d01為支干道十位置數端，d30、d20、d10、d00為支干道個位置 數端，因此可得主支干道置數真值表:Q1Q0D31D21D11D01D30D20D10D000000000101010011010110000001011101010000主干:道置數（真值表Q1Q0d31d21d11d01d30d20d10d0000000001010100110000100000010111

15、01010101支干道置數真值表則得到主干道真值表達式為:D31=0D21=Q1Q0D11=Q1 Q0D01=Q1 Q0+Q1Q0=Q0D30=D10=0D20=D00=Q1 +Q1Q0 =Qf+Q0支干道真值表達式為:d31=0d21=Q1Q0d11=Q1 Q0d01=Q0d30=d10=0d20=d00=Q1+Q'1 Q0 =Q1+Q0則置數模塊電路如下所示:；-1'-主¥道+位-!74156j w -ko - -: =HO -I rDODl02OO0301U/DNQ2EWTM03ENPMTCNLDhCLKirhst陶：至畫數AZE 廠 ':血i'

16、"i 蘇'i I L'-I - I - - Q.'O'rOj- !'' 'Tn 4IL I I斗=-74163imstJl.”.”i.OJ.雖Mi；:；:，褲十 J-CH-網經；«oa JI P I P I -1 K -I'|- !'<.皿.X.IE'八；“I _ q p q ，盧,-J" -b"、. p741G&DO 01 垃D3LKHJ fihfTM EhPNJCMCLKQO010203TCNTPJT> TEST3I c = ii - .I. t 卷

17、i 扌" “；嚴 TP JTIs TESTTz主干道置數電路A7447DOD1D2QOD3Q1U/DNQ2ENTTKQ3ENPNTCNLDNCLKitlCOUNlEH!(!T“- |o”F-Wfl'".-"丨" 屮II-H_*L J _F" >-CH:專詮卜柚is<H A i2 ：.*+ mi0cr-1L20口Q1LVCH02FNTTK8EhPNrchLDHCLK.;-L - Hi;支干道置數電路當74LS168的U/DN端為低電平時，進行減法運算。又因為日常生活中交通燈倒計時顯示不會出現“ 00”，因此我們在主干道計數器或

18、支干道計數器減到01的時候均輸出低電平的置數脈沖，從而進行下一狀態的倒計時顯示。倒計時模塊電路如下:6-；1H H H H HH H 74ies DOOilD?即U/Dh:roM ；MPH二 LK:;主辛道汀立；c4 <GOQ'llQ2Q3TCN-t:f - -«-”-卜V Lin -b I | I»|>1D?00ID11JOH02EMINC3EL PHTCNUJNCLKM1聞A,-1._Y 電, UH茹DEFpih qiln<-i- F"rrr yrr pri- <-RBOUOGBNOFRElhlOELTH0DCCDDOAAU：&

19、gt;7447! ! !-I'! -I- ! !BUJ ! Fa：G g":密：D C u LIU H&rj as了4軒5aosoc00fXI OFG2日OHH H H H H 74160主干道計數模塊DODI020D3Q1U/DM2EhfTMQ3EhiPhiTCNLDWCLKA支不道+位 i 碼rtgCOU 阿 R2.4數碼管顯示模塊qJ I - - i 74168I支千道"DODID20D3Q1U/DM02EhfTlMQ3EhlPhJTCNLDNCLK ksl44 COUfTER y i-.帛！ 1 = l'' |!-S-nTaTiTZZ

20、ZHIZZZHGiAVA'»ww/i-i/Avmri/?AWTVAVi"»VA-.vrtf.v.vrt-iwjwiiiVAV/»w.wrtv.w.vv.w.vir> ZZ2H7AOAQOBCOCODLTHOERBINOFBINOG RBON = ZZ2H2、Z2ZH1 ；如曲g zzzhTii!Et2|CDTO,7S_ :還支干道計數模塊我們采用7447譯碼器加共陰七段數碼管實現時間顯示功能，其電路如下所示:8ID30'1ID2QJ1旳QlU.DHQ2tIJTN03已円TCML0HCJt.1;,一AQAta»匚Qt；n.n

21、riibJ*f HU U' OFRiRhfirEN(J<5RBDN7447L b h：GuoTOTsaa j - I P- |h. -RI iQlwi ° ippia-iii IJ -hl lb-/,i '眇歸”巴；'沁-gL _ . L 亠一"J - 一一 '一,亠-'v_*!f<wTVTr zir-NL _ .llr-rL-r-lLr-r-亠-一-"I i .-_-亠:fOuTFTTF _、22帝詁JTVTr 卒耳-F '4' -B-h'-a' 'H- - ! '

22、; r -Hh- 'H-b- -p- -i - Ht DMDID2QC旳Q11C2ETnTj1fNFIrcNLOHLLR-!gu+LUUMItR _ I .Yf . - X . !-；r" 7石廠i,A3PETCDCDCDLTNDtPEhDFHIMOGWON ；_ij9COirC?SEU j132.5交通燈顯示模塊交通燈顯示是表示電路所處的狀態，受主控制器控制，即主控制器的狀態決定主干道支G Y、R分別表示主干道的綠、黃、紅燈；干道的交通燈顯示。設的綠、黃、紅燈，值為1時表示該燈亮，值為0時表示燈滅。設g、y、r分別表示支干道S為緊急開關，當S為1時，表示按下緊急按鈕,僅主干

23、道和支干道的紅燈亮，其余燈不亮;S=0時，電路維持正常,S0時主黃支紅；S1時主紅支綠；S2時主紅支黃；S3時主綠支紅。因此可得到交通燈的真值表:SQ1Q0GYRgyr1XX001001000010001001001100010001010011100001則真值表達式為:G=QQ0SY=Q' Q0 S'R=Q1 Q0+Q1Q0 +Sg=Qf Q0Sy=Q1Q0 S'r=Q1Q0+Q1 Q0 +S則交通燈顯示模塊電路如下所示:2.6復位功能模塊當按下復位按鈕，系統要實現總清零，計數器由初始狀態開始計數，而我們所使用的JK觸發器具有同步清零功能，則我們可以在按下按鈕時輸入

24、清零信號（低電平有效），讓主控制器進入初始狀態，同時輸入到計數器的置數端置入初始狀態的倒計時間。二二工二二二工二二二工：工工：工二一勢潮鰻二：工：二：二二：m-謹律-入-制-總，A -1卩RM-1_-H I 州ICLRhIQ1CLKlaw2PH.H2Q2J2QW2K1J復位功能電路ENPM TCNpi耳-0-Ims.CPU.應&BLD«CLKENPNLDNCLKI - ；instl5COUN和Ljij iFu I:b-Bfc*-TCTLmiy.IJlTTFljTr-0 RBOMUw'Wj 1 -iw.w.-iwjw/i-.-ava-iwjlw»w.-L ._

25、:OGBnOFRBINOELTN00OCCOQBOAA7447， I I F I I I 1 l"l匚騒瀉：一 ：? WB H H對閃輸入I；:罔無兒.”.：:主計敎器祈輸忑：I:工g''=心“！1 '復位輸入二:畫敎信呈輸出總體置數信號輸入電路2.7特殊功能模塊設按下特殊功能鍵輸入高電平，貝U取反后與秒脈沖相或，當秒脈沖為低時，輸出低電平，并接到7447的BIN端（7447的BIN端為滅燈控制端，低電平有效），此時數碼管滅,當秒脈沖回到高電平時，輸出高電平，數碼管亮，從而實現數碼管顯示閃爍。|CLK鹼tg.CPyrJTR!DV.孔D TO殆EG et塑疝7I

26、 1KB IUU I KU IX7E3TPUTUUJt-TJ I"， RBOH0<5BnUFKUN0ELTTJ0DD0Cc00S0AAr-C>7447入JEP ET我們把按下特殊按鈕的高電平輸入分別輸入到主干道、支干道的個位計數器的端（EP、ET為計數使能端，低電平有效），則主支的個位計數器停止計數，十位計數器也 會停止計數，實現數碼管的數值保持不變”伽1j- - 74i68-；二二主干道個位3 聞了-> TEST：L_XL,j-ir-J"-"-y TEST5.二 TEST4=i-0 i . . < - - - - - 丄-言嚴 HHhhH

27、W 'j， iihstJ _-IDDDI02DiU/DHEIUTJ ElNPtJLDhl a_K0Q1Q2Q3TChliiinstlS COUNTER pvti世t產二一詫尿- *-jQ；-TP-T7447TESTT TEST?L .1J】_ 1 1 - &UTPlT1_ VJLVMJkUJiJiAaUUJUBiJk"rSUTPLT1OAOS3設計方案3.1設計框圖倒計時 顯示控制JL主干道J_U 1 |J 44 >計數器反饋G I Y主控制器控制反饋倒計時顯示A支干道 計數器特殊按鈕3.2總體方案設計1Hz ;通過減法狀態控制器主要記錄交通燈的工作狀態：主黃支

28、紅、主紅支綠、主綠支黃、主綠支紅；主狀態譯碼器通過與非門點亮相應狀態的信號燈；秒信號發生器產生整個定時系統的時間脈沖，頻率為1輸出脈沖使狀態控制器完成狀計數器對秒脈沖減計數，達到每一種工作狀態持續時間。減法計數器減至 態轉換，同時主狀態譯碼器根據系統下一個工作狀態決定下一次減計數的初始值。減法計數器的狀態由BCD譯碼器譯碼，數碼管顯示。11112.3系統總體電路1 _I- b' -7f 卜T! _ _I- r ” ,+二：_ 7" *-亠二=-. 11 .匸.fi1»=1?=k _h_一!_.LL/LT|:=J-IT-| .u. .-1：9 MWJI_ . I-=蹙7 一 HTn J II-T L I H- *-Hi”14實驗結果與數據分析我們運用quartus軟件對所設計的電路進行時序仿真和功能仿真,仿真通過后下載到DE-II板，運行程14序，觀察并記錄結果:1.開始時，主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，主支干道數碼管分別顯示“05” “05”字樣。然后主干道05秒倒計到01秒后跳變到紅燈， 進行35秒倒計時，數碼管顯示“35”，支干道05秒倒計到01秒30秒倒計時結束后跳變到黃燈,后跳變到綠燈，進行 30秒倒計時，數碼管顯示“ 30”；支干道進行5秒倒計時，數碼管顯示“ 05”經行30秒倒計時，主干道仍為紅燈，進行5秒倒計時，數碼管顯示“05”主干道