西电 数电 大作业.docx
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西电数电大作业
数电大作业
02111163杨俊
一.交通灯
一、设计说明
1.设计一个十字路口交通信号灯控制器,其要求如下:
设南北方向的红、黄、绿灯分别为r,y,g;东西方向的红、黄、绿灯分别为R,Y,G,满足图1的工作流程并且可以并行工作:
g(R)→r(G),黄灯用于提示绿灯变为红灯或者绿灯变为红灯。
2.满足两个方向的工作时序:
其中令东西方向为主干道方向,绿灯亮30秒,红灯亮20秒,黄灯5秒;南北方向为支线,绿灯20秒,红灯30秒,黄灯5秒。
3.十字路口要有数字显示装置(数码管),作为时间提示,以便人们更直观地把握时间。
二、设计过程
1、设计方案
分析系统的逻辑功能需求后,交通灯控制系统将主要由以下几个部分构成:
定时脉冲发生器、状态机、控制器、译码器、延时器、彩灯。
定时脉冲发生器发出以1S为单位的定时脉冲,状态机控制交通灯红、绿、黄状态的变化,而控制器将控制数码管的倒计时,并将对状态机进行反馈。
延时器、译码器与交通彩灯将由状态机的输出信号进行相应的信号灯变化。
总体设计框图如下:
状态转移
置数
2、定时脉冲发生器设计
为实现倒计时功能,可由555芯片设计一个1S为周期,50%占空比的脉冲电路,以控制控制器的时钟。
3、状态机设计
将图一的四个状态分别以00、01、11、10表示,则可用双D触发器构成一个简单的状态机
状态
主干道
支线
Q1
Q2
r
y
g
R
Y
G
0
0
20
20
0
1
5
5
1
1
30
30
1
0
5
5
列出状态机的真值表如下:
No:
Q1n
Q2n
Q1n+1
Q2n+1
1
0
0
0
1
2
0
1
1
1
3
1
1
1
0
4
1
0
0
0
经过化简得:
Q2n+1=Q1n,Q1n+1=Q2n,由一片7474可以实现。
4、控制器设计
控制器主要实现倒计时功能,但普通计数器只有正向计数功能,固在计数输出端加上非门就能实现倒数计数。
输入信号
输出信号
输出信号反相
计时值
状态(编码)
Q1Q2
高位计数器
D7-D4
低位计数器
D3-D0
高位计数器
低位计数器
00
20秒倒计时
1110
0110
0001
1001
19
……
……
……
……
……
1110
1111
0001
0000
10
1111
0110
0000
1001
9
……
……
……
……
……
1111
1111
0000
0000
0
01
5秒倒计时
1111
1011
0000
0100
4
1111
1100
0000
0011
3
……
……
……
……
……
1111
1111
0000
0000
0
11
30秒倒计时
1101
0110
0010
1001
29
1101
0111
0010
1000
28
……
……
……
……
……
1110
1111
0001
0000
10
1111
0110
0000
1001
9
……
……
……
……
……
1111
1111
0000
0000
0
10
5秒倒计时
1111
1011
0000
0100
4
1111
1100
0000
0011
3
……
……
……
……
……
1110
1111
0001
0000
0
经过分析上表,其中每个状态的初始值都可由状态机的输出状态进行置数。
状态
高位片置数
低位片置数
Q1
Q2
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
再由上表化简,得D7=D6=D1=1、D0=D3=D2=Q1⊕Q2、D4=Q1+Q2、D5=Q1与非Q2。
5、延时、译码、及信号灯设计
信号灯同样可由状态机的输出信号控制,其中用“1”表示灯亮,“0”表示灯灭,易得下表:
状态
主干道
支线
Q1
Q2
r
y
g
R
Y
G
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
由上表,r=G、y=Y、g=R,其中r、g可由139译码器控制,而y、Y,则可由译码器的两个输出脚经过或门得到。
但是,为了实现在29、04、19秒变灯还必须在状态机与译码器之间加上一个延时器,当变灯信号到达后,延时一秒,再经由译码器控制信号灯变化,而这同样也可以由一个双D触发器实现。
三、设计实现
1、定时脉冲发生器硬件设计
2、状态机设计
状态机的触发时钟由两片控制器的进位RCO1与RCO2经过一个或门得到,即高低位片同时到达“0”时,触发状态机进入下一状态。
双D触发器实现状态机
3、控制器设计
由计算结果,可得控制器硬件电路,其中高低位片的置数都由状态机控制,当计数片倒数到达“0”后产生RCO,拉低LD电位,使置数。
高低计数片的输出端连接48后控制数码管。
另外,为了消除电路刚启动时的乱码,可在计数片的输出端上接一个四线与非门,当电路启动,并且低位片显示出“F”时,同样也实现置数功能。
4、延时器及信号灯设计
上图中延时器的CLK是状态机的CLK去非,即先将Q1、Q2储存在延时器中,当状态机发生状态转移的下一秒,再将Q1、Q2输出至译码器。
5、总电路图(仿真结果)
二.流水灯
设计过程:
使用两片3线-8线译码器(74LS138)级联成4线-16线译码器作为LED灯的直接控制单元,再使用一片四位二进制计数器(74LS163)控制4线-16线译码器。
电路设计图:
仿真结果:
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- 西电 数电 大作业 作业