1、“交通燈控制與顯示電路交通燈控制與顯示電路 綜合設計實驗綜合設計實驗 一、實驗目的一、實驗目的1掌握組合邏輯電路的設計方法；掌握組合邏輯電路的設計方法；2掌握時序邏輯電路的設計方法；掌握時序邏輯電路的設計方法；3初步具備數字系統的綜合設計才干；初步具備數字系統的綜合設計才干；4學會數字電路的軟件仿真；學會數字電路的軟件仿真；5掌握數字電路的安裝和調試方法。掌握數字電路的安裝和調試方法。二、實驗闡明二、實驗闡明該綜合實驗按分步實施方式進展。全部實驗分為四該綜合實驗按分步實施方式進展。全部實驗分為四部分：部分：第一，方案設計；第一，方案設計；第二，組合邏輯電路的設計與實現；第二，組合邏輯電路的設計

2、與實現；第三，時序邏輯電路的設計與實現；第三，時序邏輯電路的設計與實現；第四，采用第四，采用CPLD/FPGA可編程器件實現整個實驗。可編程器件實現整個實驗。 該綜合設計實驗采用實際設計、軟件仿真和電該綜合設計實驗采用實際設計、軟件仿真和電路安裝與調試三步走，以提高學生的綜合設計與路安裝與調試三步走，以提高學生的綜合設計與實際動手才干。實際動手才干。三、實驗元器件三、實驗元器件該綜合實驗采取兩種不同的技術手段實現：該綜合實驗采取兩種不同的技術手段實現：1常用中、小規模數字電路：集成邏輯門、常用中、小規模數字電路：集成邏輯門、集成編碼器、集成譯碼器、集成數據選擇集成編碼器、集成譯碼器、集成數據選

3、擇器、集成計數器等。器、集成計數器等。2CPLD/FPGA可編程器件。可編程器件。“交通燈控制與顯示電路綜合設計實驗交通燈控制與顯示電路綜合設計實驗1方案設計課外完成方案設計課外完成一、問題描畫一、問題描畫 設計并實現一十字路口的紅、綠、黃三色交設計并實現一十字路口的紅、綠、黃三色交通燈控制與顯示電路，即每個路口設置一組紅、通燈控制與顯示電路，即每個路口設置一組紅、黃、綠交通燈，按圖黃、綠交通燈，按圖1所示情況變化，以保證車輛、所示情況變化，以保證車輛、行人通行平安。行人通行平安。圖圖1二、功能分析二、功能分析1根本功能見前面圖根本功能見前面圖2擴展功能擴展功能1特殊形狀控制功能特殊形狀控制功

4、能 特殊形狀如緊急車輛隨時通行功能受一開關控制，特殊形狀如緊急車輛隨時通行功能受一開關控制，無急車時，信號燈按正常時序控制。有急車來時，無急車時，信號燈按正常時序控制。有急車來時，將特殊形狀開關按下，不論原來信號燈的形狀如將特殊形狀開關按下，不論原來信號燈的形狀如何，一概強迫讓兩個方向的紅燈同時點亮，制止何，一概強迫讓兩個方向的紅燈同時點亮，制止其它車輛通行，同時計時停頓；特殊形狀終了后，其它車輛通行，同時計時停頓；特殊形狀終了后，恢復原來形狀繼續運轉。恢復原來形狀繼續運轉。2信號燈點亮時間預置功能信號燈點亮時間預置功能控制電路在任何時候可根據實踐情況修正信號燈點控制電路在任何時候可根據實踐情

5、況修正信號燈點亮時間。亮時間。3各路口交通燈缺點報警功能選做各路口交通燈缺點報警功能選做交通燈控制電路發出警報，闡明各路口交通燈同時交通燈控制電路發出警報，闡明各路口交通燈同時熄滅或點亮的情況不符合預定要求。熄滅或點亮的情況不符合預定要求。三、設計義務與要求三、設計義務與要求 假設東西方向的綠燈點亮時間為假設東西方向的綠燈點亮時間為Te ，同時也是，同時也是南北方向的禁行時間；南北方向的綠燈點亮時間為南北方向的禁行時間；南北方向的綠燈點亮時間為Ts ，同時也是東西方向的禁行時間；此外，東西、，同時也是東西方向的禁行時間；此外，東西、南北方向的黃燈點亮時間均為南北方向的黃燈點亮時間均為Ty 。1

6、參考圖參考圖1，定義交通燈的形狀，確定形狀表；，定義交通燈的形狀，確定形狀表；2根據實踐交通燈轉換過程，設計交通燈的形狀根據實踐交通燈轉換過程，設計交通燈的形狀轉換圖；轉換圖；3按交通燈的功能要求，設計系統的電路模塊圖。按交通燈的功能要求，設計系統的電路模塊圖。四、設計思緒：四、設計思緒：1參考圖參考圖1，定義交通燈的形狀，確定形狀表；，定義交通燈的形狀，確定形狀表；狀態狀態東西方向東西方向南北方向南北方向時間時間（s s）S S0 0綠燈亮綠燈亮紅燈亮紅燈亮TeS S1 1黃燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮TyS S2 2紅燈亮紅燈亮綠燈亮綠燈亮TsS S3 3紅燈亮紅燈亮黃燈亮黃燈亮Ty狀態狀態東西

7、方向東西方向南北方向南北方向時間時間（s s）S S0 0綠燈亮綠燈亮紅燈亮紅燈亮TeS S1 1黃燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮TyS S2 2紅燈亮紅燈亮綠燈亮綠燈亮TsS S3 3紅燈亮紅燈亮黃燈亮黃燈亮Ty形狀轉換圖形狀轉換圖2、設計的系統模塊框圖分為兩部分、設計的系統模塊框圖分為兩部分 ：第一部分：組合邏輯電路部分第一部分：組合邏輯電路部分處理三個問題：處理三個問題：1不同形狀下交通燈的控制；不同形狀下交通燈的控制；2交通燈燈亮時間的預置；交通燈燈亮時間的預置；3交通燈燈亮時間的顯示。交通燈燈亮時間的顯示。形狀形狀輸入輸入形狀譯碼、形狀譯碼、輸出電路輸出電路交通燈單元交通燈單元6對對燈亮時間

8、燈亮時間預置電路預置電路計時顯示電路計時顯示電路兩位兩位第二部分：時序邏輯電路部分第二部分：時序邏輯電路部分處理兩個問題：處理兩個問題：1交通燈燈亮時間的倒計時；交通燈燈亮時間的倒計時；2交通燈不同形狀的產生及其轉換；交通燈不同形狀的產生及其轉換；形狀產生及形狀產生及其轉換電路其轉換電路時間倒計時時間倒計時電路電路時間時間顯示顯示形狀形狀輸出輸出時間預時間預置電路置電路“交通燈控制與顯示電路綜合設計實驗交通燈控制與顯示電路綜合設計實驗2組合邏輯電路設計組合邏輯電路設計一、義務與要求一、義務與要求由數據選擇器、譯碼器和集成門等集成電路器件由數據選擇器、譯碼器和集成門等集成電路器件設計設計“交通燈

9、控制與顯示電路中的組合邏輯電交通燈控制與顯示電路中的組合邏輯電路部分，詳細要求如下：路部分，詳細要求如下：1將形狀信號譯碼為東西、南北方向將形狀信號譯碼為東西、南北方向6對交通對交通燈的控制信號，實現正常時序控制功能；燈的控制信號，實現正常時序控制功能；2特殊形狀期間，東西、南北兩個方向的紅燈特殊形狀期間，東西、南北兩個方向的紅燈同時發亮，實現特殊形狀控制功能；同時發亮，實現特殊形狀控制功能； 3將東西方向、南北方向的燈亮時間分別用數將東西方向、南北方向的燈亮時間分別用數碼管顯示；碼管顯示； 4根據不同的形狀信號分別預置相應的燈亮時根據不同的形狀信號分別預置相應的燈亮時間數據間數據Te、Ty、

10、Ts和和Ty，其范圍為，其范圍為0099s，2位位BCD碼方式；碼方式；5寫出設計步驟，畫出設計的邏輯電路圖；寫出設計步驟，畫出設計的邏輯電路圖；6對設計的電路進展仿真、修正，使仿真結果對設計的電路進展仿真、修正，使仿真結果到達設計要求；到達設計要求；7安裝并測試電路的邏輯功能。安裝并測試電路的邏輯功能。 二、設計思緒：二、設計思緒：主要處理三個問題：主要處理三個問題：1不同形狀下交通燈的控制；不同形狀下交通燈的控制；2交通燈燈亮時間的預置；交通燈燈亮時間的預置；3交通燈燈亮時間的顯示。交通燈燈亮時間的顯示。形狀形狀輸入輸入形狀譯碼、形狀譯碼、輸出電路輸出電路交通燈單元交通燈單元6對對燈亮時間

11、燈亮時間預置電路預置電路計時顯示電路計時顯示電路兩位兩位1形狀譯碼電路、輸出電路及其交通燈單元的設計思緒形狀譯碼電路、輸出電路及其交通燈單元的設計思緒 該電路的主要功能是根據不同的形狀信號實現對交通燈的該電路的主要功能是根據不同的形狀信號實現對交通燈的控制。其設計框圖如下圖。控制。其設計框圖如下圖。 “形狀譯碼電路采用二進制譯碼器形狀譯碼電路采用二進制譯碼器74LS實現；實現； “輸出電路采用集成邏輯門實現；輸出電路采用集成邏輯門實現； “交通燈單元采用普通的紅色、綠色和黃色發光二極管；交通燈單元采用普通的紅色、綠色和黃色發光二極管； “接口電路起信號驅動作用，視實驗情況的不同選用。接口電路起

12、信號驅動作用，視實驗情況的不同選用。 設燈亮為“1，燈滅為“0，交通燈的4種形狀S0S3分別編碼為00、01、10、11， 特殊形狀用S表示，進入特殊形狀為“1， 這時兩個方向的紅燈同時點亮，正常形狀為“0。那么可列出真值表學生做。特特殊殊狀狀態態正常正常狀態狀態（4 4種種）狀態指示信狀態指示信號號（4 4種）種）東西方向東西方向交通燈交通燈（3 3種）種）南北方向南北方向交通燈交通燈（3 3種）種）S SA A1 1A A0 0SQSQ0 0SQSQ1 1SQSQ2 2SQSQ3 3EGEG ERER EYEY SGSG SRSR SYSY1 1x xx x1 11 11 11 10 01

13、 10 00 01 10 00 00 00 00 01 11 11 11 10 00 00 01 10 00 00 01 11 10 01 11 10 00 01 10 01 10 00 01 10 01 11 10 01 10 01 10 01 10 00 00 01 11 11 11 11 10 00 01 10 00 00 01 12時間預置電路的設計思緒時間預置電路的設計思緒 該電路的主要功能是根據不同的形狀信號輸入相該電路的主要功能是根據不同的形狀信號輸入相應的時間預置數據，從而確定交通燈的燈亮時間。應的時間預置數據，從而確定交通燈的燈亮時間。 狀態狀態A A1 1A A0 0運行時

14、間運行時間十位預置數據十位預置數據BCDBCD碼碼個位預置數據個位預置數據BCDBCD碼碼0000Te （20s） 00100010000000000101Ty（5s）00000000010101011010Ts（10s）00010001000000001111Ty（5s）0000000001010101時間預置電路的設計框圖時間預置電路的設計框圖3計時顯示電路的設計思緒計時顯示電路的設計思緒 將倒計時電路產生的輸出經顯示譯碼器將倒計時電路產生的輸出經顯示譯碼器CD4511和數和數碼管進展顯示。碼管進展顯示。三、原理圖繪制與電路仿真三、原理圖繪制與電路仿真 用用proteus軟件繪制出該電路的

15、原理圖，對軟件繪制出該電路的原理圖，對所設計的電路進展仿真實驗。所設計的電路進展仿真實驗。 在仿真過程中，分別改動形狀信號及特殊形在仿真過程中，分別改動形狀信號及特殊形狀信號，驗證電路的邏輯功能能否到達設計要狀信號，驗證電路的邏輯功能能否到達設計要求。求。四、電路安裝與調試四、電路安裝與調試 1. 電路規劃電路規劃 在多孔電路實驗板上裝配電路時，首先應熟習在多孔電路實驗板上裝配電路時，首先應熟習其構造。明確哪些孔眼是連通的，并安排好電源其構造。明確哪些孔眼是連通的，并安排好電源正、負引出線在實驗板上的位置。正、負引出線在實驗板上的位置。 電路規劃時應安排好各個集成塊的位置，以方便電路規劃時應安

16、排好各個集成塊的位置，以方便連線為原那么。電路與外接儀器的銜接端、測試連線為原那么。電路與外接儀器的銜接端、測試端要布置合理，便于操作。形狀信號、預置數據端要布置合理，便于操作。形狀信號、預置數據的輸入端點應方便改動其電平。的輸入端點應方便改動其電平。 2安裝與調試方法安裝與調試方法 電路安裝前，要先檢測所用集成電路及其它元電路安裝前，要先檢測所用集成電路及其它元器件的好壞。安裝完成后，要用萬用表檢測電路器件的好壞。安裝完成后，要用萬用表檢測電路接觸能否可靠、電源電壓大小、極性能否正確。接觸能否可靠、電源電壓大小、極性能否正確。一切正常后才干通電調試。一切正常后才干通電調試。 實驗調試時，留意

17、發光二極管不能過亮。假設實驗調試時，留意發光二極管不能過亮。假設過亮，可串接一個過亮，可串接一個100歐左右的限流電阻。歐左右的限流電阻。 調試過程中，最好分塊進展，如首先調試調試過程中，最好分塊進展，如首先調試“形狀形狀譯碼電路、譯碼電路、 然后調試然后調試“輸出電路及其交通燈單輸出電路及其交通燈單元，最后調試元，最后調試“時間預置電路。時間預置電路。五、設計、仿真及實驗問題研討五、設計、仿真及實驗問題研討六、設計與測試報告要求六、設計與測試報告要求 見實驗電子文檔。見實驗電子文檔。“交通燈控制與顯示電路綜合設計實驗交通燈控制與顯示電路綜合設計實驗3時序邏輯電路設計時序邏輯電路設計一、義務與

18、要求一、義務與要求 由集成觸發器、集成計數器等集成器件設計由集成觸發器、集成計數器等集成器件設計“交通燈控制交通燈控制電路中的時序邏輯電路部分，并在實驗電路中的時序邏輯電路部分，并在實驗2的根底上的根底上完成整個控制電路的調試。詳細要求如下：完成整個控制電路的調試。詳細要求如下：1交通燈的不同形狀轉換時分別產生相應的形狀信號；交通燈的不同形狀轉換時分別產生相應的形狀信號；2對交通燈不同形狀的燈亮時間對交通燈不同形狀的燈亮時間Te、Ty、Ts分別進展減法分別進展減法計數，實現倒計時功能；計數，實現倒計時功能；3 特殊形狀期間，計時停頓；特殊形狀終了后，恢復正常特殊形狀期間，計時停頓；特殊形狀終了

19、后，恢復正常計時；計時；4寫出設計步驟，畫出設計的邏輯電路圖；寫出設計步驟，畫出設計的邏輯電路圖；5對設計的電路進展仿真、修正，使仿真結果到達設計要對設計的電路進展仿真、修正，使仿真結果到達設計要求；求；6安裝并測試電路的邏輯功能；安裝并測試電路的邏輯功能；7將實驗將實驗2、實驗、實驗(3)電路銜接起來，完成整個控制電電路銜接起來，完成整個控制電路的調試。路的調試。二、設計思緒二、設計思緒1時間倒計時電路的設計思緒時間倒計時電路的設計思緒 該電路在秒信號作用下，分別以不同形狀的燈亮時間該電路在秒信號作用下，分別以不同形狀的燈亮時間Te、Ty、Ts和和Ty作為開場計時的初始值進展減法計數循環。作

20、為開場計時的初始值進展減法計數循環。 每當計時到每當計時到00時，向時，向“形狀產生電路發出計時終了信號。形狀產生電路發出計時終了信號。改動這些初始值即可實現信號燈點亮時間修正的功能。改動這些初始值即可實現信號燈點亮時間修正的功能。 采用采用2片具有置數功能的集成十進制加片具有置數功能的集成十進制加/減可逆計數器減可逆計數器74LS192組成時間倒計時電路。組成時間倒計時電路。時間倒計時電路的設計框圖時間倒計時電路的設計框圖2形狀產生電路的設計思緒形狀產生電路的設計思緒 該電路的主要功能是根據實踐交通燈的轉換過程，產生相該電路的主要功能是根據實踐交通燈的轉換過程，產生相應的形狀信號供其它電路運用。應的形狀信號供其它電路運用。 根據設計思緒，交通燈共有根據設計思緒，交通燈共有4個不同形狀：個不同形狀：00、01、10和和11。只需當倒計時時間終了時交通燈的形狀才發生變化，故可將只需當倒計時時間終了時交通燈的形狀才發生變化，故可將“時時間倒計時電路產生的計時終了信號作為形狀變化的控制信號。間倒計時電路產生的計時終了信號作為形狀變化的控制信號。 為此，將該信號作為一個同步為此，將該信號作為一個同步2位二進制加計數器的時鐘脈位二進制加計數器的時鐘脈沖即可，計數器采用沖即可，計數器采用JK觸發器或觸發器或D觸發器實現。觸發器實現。三、原理圖繪制與電路仿真三、