20##—20##学年第二学期

《数字电子技术课程设计》任务书

（适用专业：电气12级、自动化12级、勘查（卓越）12级）

             

专业班级                        

              姓    名                       

              学    号                       

              开课系室   电工电子学教学中心  

              设计日期   20##年7月4/5日～8日

 

数字电子技术课程设计题目：交通灯控制电路设计

一、设计任务及原理：交通灯的显示有很多方式，如十字路口、丁字路口等，而对于同一个路口又有很多不同的显示要求，比如十字路口，车辆如果只要东西和南北方向通行就很简单，而如果车子可以左右转弯的通行就比较复杂。

要完成本实验，首先必须了解交通路灯的燃灭规律。本实验需要用到实验箱上交通灯模块中的发光二极管，即红、黄、绿各四个。依人们的交通常规，“红灯停，绿灯行，黄灯提醒”。其交通灯的燃灭规律为：东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯闪烁，红灯亮（表示左转弯），再延时一段时间后，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯闪烁，红灯亮（表示左转弯），再延时一段时间后，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。

在实验中使用4个七段码管中的任意两个数码管显示时间。东西路和南北路的通车时间均设定为20s（其中，绿灯亮时间为10s，绿灯闪烁时间为5s，黄灯闪烁时间为5s）。数码管的时间总是显示为20、19、18、17……2、1、0、20、19、18……。在显示时间小于等于5秒的时候，通车方向的黄灯闪烁。在东西向绿灯期间，点阵显示自己的姓名；在南北向绿灯期间，点阵显示自己的学号后3位。

扩展要求：

1、 利用一个开关将0-20s扩展为0-30s（30-10s之间绿灯亮，其他与基本要求相同）；

2、 增加交警控制模块：用一个开关切换自动模式（上述情况属于自动模式）和人工模式（交警控制模式）：用4个开关分别实现东西向通行（东西向绿灯亮，南北向红灯亮，没有时间限制），实现南北向通行（南北向绿灯亮，东西向红灯亮，没有时间限制），实现东西向左转弯（东西向绿灯闪烁，东西向红灯亮，南北向红灯亮，没有时间限制），实现南北向通行（南北向绿灯闪烁，南北向红灯亮，东西向红灯亮，没有时间限制）。

二、具体要求：

本实验要完成任务就是设计一个简单的交通灯控制器，交通灯显示用实验箱的交通灯模块和七段码管中的任意两个来显示。系统时钟选择时钟模块的50MHz时钟，黄灯和绿灯闪烁时钟要求为2Hz，七段码管的时间显示为1Hz脉冲，即每1s中递减一次。在东西向绿灯期间，点阵显示自己的姓名；在南北向绿灯期间，点阵显示自己的学号后3位。显示方式：1秒显示一个汉字或者一个数字（汉字和数字均静止不动，即不循环），然后全暗1秒，然后再显示一个汉字或者一个数字，以此类推。

实验箱中用到的数字时钟模块、按键开关、数码管、点阵与FPGA的接口电路，以及数字时钟源、按键开关、数码管、点阵与FPGA的管脚连接在以前的实验中都做了详细说明，这里不再赘述。交通灯模块原理与LED灯模块的电路原理一致，当有高电平输入时LED灯就会被点亮，反之不亮。只是LED发出的光有颜色之分。其与FPGA的管脚连接如下表所示：

三、输入输出资源说明：

1、外部输入脉冲信号时钟源CP（50MHz），经适当分频后供计数器使用。

2、输出2组显示译码信号（每组7个输出端），分别接到外部的两个七段数码管M1、M2上，M1和M2分别显示倒计时的十位和个位。

3、输出6个高低电平信号，分别接到外部的6个指示纵向、横向的LED灯。（输出高电平时，对应的LED灯亮）

其具体框图如下：

图1 交通灯控制电路结构框图

根据如上说明，本设计的主要任务和设计要求是：

1、按照现代数字系统的Top-Down模块化设计方法，提出交通灯控制电路设计系统的整体设计方案，并进行正确的功能划分，分别提出并实现控制器、计数器、输出译码、点阵显示等模块化子系统的设计方案。

2、在QuartusⅡ的EDA设计环境中，完成系统的顶层设计、各子系统的模块化设计。分别完成各个基于Verilog语言实现的子模块（包括控制器电路、计数器电路、输出译码电路、点阵显示电路）的逻辑功能仿真。最后对顶层设计进行功能仿真。

3、在2步的基础上，用下载电缆通过JTAG口将对应的sof文件加载到FPGA中。观察实验结果是否与自己的编程思想一致。

四、本课程设计的时间安排和评分标准：

（一）、时间与地点安排：

1、时间：20##年  7月 5 日～7月 8日，上午8：30～11：30；下午2：00～5:00；晚上19:00~21:30。

7月8日下午：2：30-3：00考试；3：00-5：30写报告。

2、地点： 文理楼110。

3、交设计报告的时间：20##年7月9 日10点~11点间；地点：基础实验楼B411（以班为单位，按照班级名单顺序排列）。

（二）、评分标准：共100％

1、考勤：10％。累计3次迟到或早退者，或设计期间不遵守纪律者，成绩0分。

2、子模块设计占50%（其中的设计、仿真分别记分）；整体顶层设计占20％（包括设计、功能仿真和综合）；芯片实现和测试占10%。

3、设计报告及考试：占40％ 。

4、凡设计、仿真等内容基本雷同者（抄袭），均以0分计。

三、设计报告及其要求：

设计报告最好提交打印的纸质WORD文档。注意：写好班级、姓名、学号等个人信息。

设计报告应当按照给定的模板格式来书写，设计报告应当包含如下5个方面的内容：

1、设计题目；

2、设计任务及要求（参考设计题目与要求部分）；

3、基于VerilogHDL语言的电路设计、仿真与综合；主要包括：各个电路子模块的Verilog源文件、仿真文件，功能仿真波形；顶层设计的Verilog源文件、仿真源文件，功能仿真波形。

4、   总结与讨论（手写）。

备注：软件版本9.0。实习时间十分紧张，请各位同学提前预习！可先到图书馆借阅相关书籍可以提前设计电路编写代码！参加电赛培训的同学的设计题目可能有所不同或有额外要求，请先完成题目基本部分。

第二篇：简易交通灯控制逻辑电路设计-数电课程设计

数字电子课程设计

                            ＿＿＿＿＿ 交通信号灯控制器

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            学校：  河南大学

          专业： 自动化

             班级：  07自动化

         姓名：  张利

                                学号：  2007006042   

                                日期：  2009.12.13到2009.12.27

目录

一、设计任务书与要求...........................3

二、方案设计与论证.............................3

三、单元电路设计...............................4

四、总原理图与单元清单.........................8

五、结论与心得.................................8

六、参考文献...................................9

简易交通灯控制逻辑电路设计

一、设计任务与要求

1．东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s。

2．东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。

3．南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s。

4．如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮，禁止该道路的车辆通行，特殊情况过后能恢复正常。

二、方案设计与论证

    根据设计任务与要求,我们可以知道这个交通灯的设计是分主次干道的,两个方面的时间是不同的,东西方向通行15s,南北方向10s,这就要求我们要有两个计数器,根据我自己的经验,东西方向通行15s完,倒计时数字显示器会显示到0,然后切换到南北方向通行10s完之后, 倒计时数字显示器也会显示到0之后然后切换到南北方向,这样如此循环,这样的话我们就要设计一个16进制和一个11进制的计数器,根据我们所学和知识,可以用两片74192芯片来构成对应进制的计数器,由于是15和10之间循环切换,我们可以用利用JK触发器的翻转功能来实现两种进制计数器之间的切换;当然还有每个方向倒计时只有5s时,黄灯闪,一直到0为止,由于黄灯是当两个计数器倒计时到5时开始闪,我们就可以在这时发出一个脉冲然后一直保持到0,或者是接收0~5这段时间的脉冲都可以控黄灯只在到了这段时间才亮;还有就是一个紧急开关,我们可以控制在出现紧急情况时使用清零端使之清零,并且红灯直接接到电源,使之一直处于亮的状态。

方案一：

   交通灯控制原理图:

                             图1

1)      正常运行时

倒计数首先倒计时预置数,通过秒脉冲源给器发送秒脉冲,倒计时器开始倒计时,驱动时间显示器显示,并且交通灯也正常运行,当倒计时器计到5s时,我们当然同时可以在时间显示器上看到,这时倒计时器驱动黄灯控制器,使正在亮绿灯方向的黄灯闪烁,当倒计时器计到0时,驱动计数进制转换器,使倒计时器预置为另一个进制,并同时控制和改变交通灯的显示,其实就是计数进制转换器既可以完成进制转换,也同时充当了交通灯的转换功能.如此往复循环.

2)      紧急情况时

当按下紧急开关时,倒计时器一直处于清零状态,车辆通行的交通灯四个方向的红灯同时亮起.并且在出现紧急情况后恢复正常时通过紧急开关可以切换哪个方向先通行.

1)       正常运行时

由555定时器计时,驱动交通灯选择器控制交通灯的显示,当一个方向的计数完成之后会产生一个脉冲,给通道选择器, 然后通道选择器驱动计数进制转换器转换到另一个进制,由计数进制转换器预置555定时器的定时时间,然后再驱动交通灯选择器控制交通灯的显示,如此往复,其中555定时器是由电阻和电容来控制定时时间,其中的计数进制转换器就可用一个数据分配器74138来选择所需电阻的大小来控制,通道择器就可用两个JK触发器构成一个四进制的计数器,其中两个输出端就可以来作为计数进制转换器74138的输入,并且这两个输出端还可作为交通灯选择器74138的输入

2)       紧急情况时

当按下紧急开关时,使交通灯选择器的使能端为0,各个方向的红灯直接接到电源,这样可以使车辆通行的交通灯四个方向的红灯同时亮起.

选择:

通过这两个方案的对比,由第二个方案用的是555定时器来计时,所以无法显示倒计 时的时间, 并且在出现紧急情况后恢复正常时也不能通过紧急开关切换哪个方向先通行.我觉得第一个方案更符合我们的实际要求,所以我选择了第一个方案.

三、单元电路设计

   

   

1．倒计时计数器

    这里是采用两片74192两片芯片构成16和11进制计数器,控制个位数字的74192的减计数控制端接1HZ的脉冲输入,其中输入端A、C是接在一起并接在进制控制器的输出端。其中两个74192的置数端是由控制十位数字的74192一个高位输出端QD通过一个非门接过来的，并且低位输入端A接高电平，控制十位数字的74192的减计数控制端接控制个位数字的74192的借位输出端BO。两个74192的清零端都接在紧急开关的一端。如下图：

图3

2．黄灯控制电路

   这里是采用数据分配器74138，该芯片的输入端A、B、C 分别接倒计时计数器中的控制个位数字的74192的输出端QA、QB、QC，为了保证是在显示器只是在显示0~5s时黄灯亮，应把此74138的使能端G1由倒计时计数器中的控制十位数字的74192的输出端QA与由倒计时计数器中的控制个位数字的74192的输出端QD通过一个或门再经过一个非门接过去。然后6输出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5都分别经过一个非门然后都接入一个或门，那么或门的输出端就是接黄灯的，也即黄灯控制器的输出端。如下图：

图4

3．信号灯转换电路（计数进制转换器）

   信号灯转换器其实就是由计数进制转换器来实现，即一个JK触发器，其中J、K端都同时接高电平，即构成了一个T’触发器，目的就是实现翻转功能，其时钟输入端是由倒计时计数器中的两片74192的八个输出端经过一个或门然后经过一个非门接入。如下图：

 

图5

4．交通灯显示电路

一个方向的红灯由信号灯转换电路的反向输出端~Q和一个紧急开关的输出端经过一个或门接入,黄灯是由信号灯转换电路的正向输出端Q和一个紧急开关的输出端经过一个非门以及一个黄灯控制电路的输出端经过一个1HZ的脉冲源,这三个输出端再经过一个与门接入,绿灯由信号灯转换电路的正向输出端Q和一个紧急开关的输出端经过一个非门,这两个输出端再经过一个与门接入;另一个方向的红灯由信号灯转换电路的正向输出端Q和一个紧急开关的输出端经过一个或门接入,黄灯是由信号灯转换电路的反向输出端~Q和一个紧急开关的输出端经过一个非门以及一个黄灯控制电路的输出端经过一个1HZ的脉冲源,这三个输出端再经过一个与门接入,绿灯由信号灯转换电路的反向输出端~Q和一个紧急开关的输出端经过一个非门,这两个输出端再经过一个与门接入.其中还加入一人行道的信号灯,这些灯的接法就是红灯接在相邻车辆信号灯的绿灯上,绿灯接在相邻车辆信号灯的红灯上即可,也就是该方向上的车辆通行,人行道就禁通行,反之,人行道通行.如下图:

5．紧急开关

该开关这里用的是单刀双掷开关,一端就是接入每个交通灯,直接接红灯,其它灯是经过了一个非门接入,该端还接入到倒计时计数器两片74192的清零端.另一端是不起作用,其实也可以用一个单刀单掷开关,该开关不仅能够在发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。在处理完紧急事件后,第一次开始进入正常运行状态时还可以通过它控制切换选择哪个方向开始先通行.

图7

6.  脉冲发生器

图8

  如上图所示，R6和C2组成一个串联的充放电电路，在NE555的7引脚上输出一个方波信号C2上得到一个三角波，此三角波送到NE555的2脚输入端。由NE555的内部比较器和门电路共同作用，以维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。

四、总原理图及元器件清单

1．总原理图

如图8

2．元件清单

五、结论与心得

      经过两周的努力，我终于完成关于交通灯控制电路的电子课程设计，通过两周不断的查资料让我积累了许多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用，我深刻体会到了数子电路技术对当今现代社会的重要作用。 经过这次设计，我学会了许多东西，学会了严密的思考，构想及怎样把计划付诸于实际行动之中。同时与社会的不断高速发展的步伐相比，我认识到自己所学的知识和技能还远远不足，有些实际性的问题还不能够解决，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解决实际问题的能力，缺乏些高效利用及筛选大量资料的能力，缺乏资源共享及应有的团队合作精神，有待进一步提高，我应当学好自己的专业知识以适应不断发展的社会。

        在这次课程设计中，我学会了如何有效的利用网络资源及图书馆的藏书，找到了几个很不错的专业网站，为以后的查阅专业方面的信息和相互之间的交流打下了坚实的基础，学会了如何看电路图，识别电路图，提高了自己的专业技能，同时也培养了自己独立解决实际问题的能力，也培养了自己认真和严谨的科学态度，收到了很大的启发，为以后的工作积累了些宝贵的经验。

六、参考文献

[1]高吉祥. 数字电子技术. 北京：电子工业出版社

[2]梁宗善. 电子技术基础课程设计[M]. 武汉：华中理工大学出版社

[3]李玲远，范绿蓉，陈小宇. 电子技术基础实验. 北京：科学出版社

[4]彭介华. 电子技术课程设计指导[M]. 北京：高等教育出版社

[5]康光华  电子技术基础（数电部分）华中理工大学电子学教研室