交通灯课程设计交通灯控制器

1、课 程 设 计 课程名称_电子技术综合设计与实训 题目名称_交通灯控制器_ 学生学院_ 自动化_专业班级_ 自动化1班_学 号 3110000814 学生姓名_ _指导教师 2011年9 月 16 日广东工业大学课程设计任务书题目名称交通灯控制器学生学院自动化专业班级自动化1班姓 名 黎树棠学 号 3110000814一、课程设计的内容设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路。二、课程设计的要求与数据1). 用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。主干道为东西向，有红、绿、黄三个灯；支干道为南北向，也有红、绿、黄三个灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁

2、行线之外。 2).由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道绿灯时间较长。当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯，两者交替重复。主干道每次放行50秒，支干道每次放行30秒。在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，需要亮5秒的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。3). 能实现正常的、即时显示功能。用de2上的四个七段数码管作为倒计时显示器。分别显示东西、南北方向的红灯、绿灯、黄灯时间。4).能实现特殊状态的功能显示。设s为特殊状态的传感器信号，当=1时，进入特殊状态。当=0时，退出特殊状态。按s后，能实现特殊状态功能：（1）显示器闪烁

3、；（2）计数器停止计数并保持在原来的数据；（3）东西、南北路口均显示红灯状态；（4）特殊状态结束后，能继续对时间进行计数。5).能实现总体清零功能。按下r后，系统实现总清零，计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。6）.利用quartus软件，设计符合以上功能要求的交通灯控制器。用图形输入方法。控制器、计数器的功能用功能仿真的方法验证，可通过观察有关波形确认电路设计是否正确。通过编译，仿真和综合，并下载到相应芯片中实现，最后在学习机上验证设计课题的正确性。在学习机上验证结果。三、课程设计应完成的工作l 根据设计要求，选取实现各种功能的集成芯片，划分各个功能模块。l 用quartusii绘

4、制电路原理图，并分配引脚，编译仿真。l 接入de2电路板进行功能测试。l 对有缺陷的功能模块进行分析修改，以完善功能。l 完成课程设计报告书。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1quartus ii 入门学习，熟悉设计流程实2-2149.132进一步学习quartus ii，讲解各设计任务及其要求，分配设计任务实2-2149.143通过查阅资料，独立完成电路设计，提交纸质电路原理图草稿实2-2149.154在quartus ii和de2板上实现设计实2-2149165演示和验收实2-2149.166完成设计报告9.18五、应收集的资料及主要参考文献1 allen denver.

5、 serial communications in win32ol. 2 阎石等. 数字电子技术基础m. 北京: 高等教育出版社, 2006.5发出任务书日期： 2011 年 9 月 13 日 指导教师签名：计划完成日期： 2021 年 9 月 16 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：摘 要本文是关于交通灯控制器，采用altera de2 实验版进行实验设计。采用74系列数字芯片进行逻辑电路的搭建，实现课题所要求的功能。在quartus2上建立对应的数字逻辑电路图，根据操作流程，进行功能仿真和时序仿真，达到要求目的以后，生成目标文件配置de2版，实现任务设计。关键词 交通灯 de2 7

6、4系列数字芯片 逻辑电路目 录1 设计任务目的及要求11.1 xxxxxxxx12 原理与模块介绍12.1 xxxxxxxx13 设计方案13.1 xxxxxxxx24 实验结果与数据处理24.1 xxxxxxxx25 结论与问题讨论25.1 xxxxxxxx2参考文献3附录3（每一部分具体分成几个小节由你自己确定，此处只是示意；请在正文中以“标题”形式修改和添加小节标题，然后更新此目录）1 设计任务目的及要求1 设计任务：设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路。2 设计要求： 1). 用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。主干道为东西向，有红、绿、黄三个灯；支干道为南北向，也有红、

7、绿、黄三个灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外。2).由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道绿灯时间较长。当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯，两者交替重复。主干道每次放行50秒，支干道每次放行30秒。在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，需要亮5秒的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。3). 能实现正常的、即时显示功能。用de2上的四个七段数码管作为倒计时显示器。分别显示东西、南北方向的红灯、绿灯、黄灯时间。4).能实现特殊状态的功能显示。设s为特殊状态的传感器信号，当=1时，进

8、入特殊状态。当=0时，退出特殊状态。按s后，能实现特殊状态功能：（1）显示器闪烁；（2）计数器停止计数并保持在原来的数据；（3）东西、南北路口均显示红灯状态；（4）特殊状态结束后，能继续对时间进行计数。5).能实现总体清零功能。按下r后，系统实现总清零，计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。6）.利用quartus软件，设计符合以上功能要求的交通灯控制器。用图形输入方法。控制器、计数器的功能用功能仿真的方法验证，可通过观察有关波形确认电路设计是否正确。通过编译，仿真和综合，并下载到相应芯片中实现，最后在学习机上验证设计课题的正确性。在学习机上验证结果。2 原理与模块介绍1.分频模块本设

9、计用一个74292芯片来分频以供de板使用。因为系统提供的50mhz频率太高，当下载到de2板子上的时候，无法辨别出其变化，所以必须要分频，分频后的频率约为1.6mhz。如图1所示 图12主控器模块根据设计任务，共有4种状态，可以用二位二进制码（s1 s0）表示，若将红、绿、黄灯分别用 r、g、y 表示，a、b分别代表主干道的东西向和支干道的南北向，设主干道绿灯亮的时间为ta,支干道绿灯亮的时间为tb黄灯亮的时间为ty，则有如图2所示交通灯控制状态图。根据这个状态图可得出主控制器的电路。该电路可设计成时序电路，也可以设计成组合电路。 图2在本设计中，将采用74160来产生4种状态，输出端只需接

10、低两位，然后接一个与门返回ldn端，使其不断循环。如图3所示 图33.置数模块置数模块分为a、b二个部分，分别给东西、南北方向的计数器a和b提供计数时的初始值，它们都是两位bcd码。置数模块a的预置数据如下表所示，置数原理图如图4所示主控制器状态置数模块a的数据s1 s0q31a q21a q11a q01a q30a q20a q10a q00a0 01 0 1 00 0 0 00 1 1 0 0 01 0 1 01 01 0 0 0 0 0 0 01 10 0 0 0 0 0 0 0 图44.计数模块计数模块接收置数模块数据后，在秒脉冲作用下进行减法计数。当计时时间到达，则重置数据后再进行

11、减运算。计数模块也有和两个。用两个74190芯片连成一个从99倒计时到00的计数器，用个位的rcon接到十位的74190芯片,以产生进位。 计数模块如图5所示 图5（1） 图5（2）5.译码电路 模块 将主控器的输出状态(s0 s1 ) 译码为东西、南北方向6个交通灯的信号，“1”表示亮灯，“0”表示灭灯，对应的真值表如表2所示。s s1 s2ag ar ay bg br by0 0 0 1 0 0 0 1 00 0 1 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 0 1 0 00 1 1 0 1 1 0 0 1 表2译码电路将采用74175芯片，产生6种不同的信号。如图6所示 图56.显示译码

12、模块显示译码器由7段可发光的线段组成，每个线段都是发光二极管。发光二极管使用的材料与普通的二极管不同，外加正电压的时候，大量的电子和空穴在扩散过程中复合，其中一部分电子从倒带跃迁到介带，把多余的能量以光的形式散发出来。设计中，将采用7447芯片作为译码部分。具体电路如图7所示图63 设计方案1 设计思路交通灯控制器的框图如图1 所示，包括置数模块、计数模块、主控模块和译码器模块几个部分。置数模块将交通灯的点亮时间预置到置数电路中。计数模块以基准时间秒为单位做倒计时。当计数值减为零即预置时间到，主控电路改变输出状态，电路进入下一个状态的倒计时。译码器模块将主控电路的当前状态译码为红、绿、黄三色灯

13、的点亮信号。其中，核心部分是主控制模块。图1 交通灯控制器框图2.总的设计流程图4 实验结果与数据处理4.1模拟仿真使用可编程逻辑器件和quartus ii软件，用原理图输入方法，进行编译，仿真。4.2下载模拟仿真结果正确后，结合实验板设置各输入、输出端；指定下载芯片，重新编译。编译结果正确后下载到相应芯片中。 4.3实验现象1.在quartusii软件上创建工程文件进行编译，分配引脚，连接de2版，配置fpga。2按复位按键，计数器开始计时，显示译码器上显示时间。3.再按复位按键，计数器暂停工作，显示译码器清零。5 结论与问题讨论5.1完成设计要求的程度我们组所完成的交通灯，电路图是设计出来

14、了，但由于知识和理论的缺乏，编译的功能是能够实现，但功能是无法实现，可能是de板的问题。5.2 问题及解决方法错误情况：无法实现交通灯功能。错误原因：可能de板的问题错误改正：鉴于实验室情况，无法更换de板5.3存在的不足及改进思路对与这个电路的设计，不足还是存在的。我们所设计的交通灯，存在多种原因无法实现。鉴于知识和理论的缺乏，我们目前是无法通过自己的力量实现这个功能的，所以对于大三的我们来说，对于年轻的我们来说，时间还是有的，只要我们花多时间在数字电子技术上，功能还是会实现的。5.4心得体会 在本次的实验过程当中，我们小组的人员都非常努力，大家同心协力去翻阅资料，废寝忘食，齐齐设计电路的方案，共同讨论问题。但由于这方面的数字电子技术的知识和理论的缺乏，时间的不充足，大家都还是按照教学要求设计电路出来，功能是有的，只是可惜最后无法实现全部功能出来，说明存在的问题是很多的。但是在整个过程里我们还是收获到东西，我们加深了对数字电子技术的了解，丰富了这门课程的知识。更重要的是，通过这次实验，我们深深了解到团队合作的重要性，培育了我们合作交流的能力，领悟到科学的魅力和电子技术的重点，还大大提升了我们动手动口的能力，最终我们收获了很多。参考文献1 王炳锡等. 数字水印技术m. 西