数电实验设计题—交通信号灯控制器.docxVIP

一、设计要求：1．设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。2．用红、绿、黄发光二极管作信号灯，用逻辑开关作检测车辆是否到来的的信号。3．主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯；4．主、支干道均有车时，两者交替允许通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路。5．在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过度，使行驶中的车辆有时间停到禁行线以外，设立5秒钟的计时及显示电路。二、题目分析与总体构思：1. 先设计好定时电路：即在主副路上均无车或有车时，可以主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，换灯有5s过度的电路。2. 对不完善之处进行修改，以使达到预期。3. 设计控制电路部分，输出控制定时电路转换状态或者保持状态的信号。4. 对不完善之处进行修改，以使达到预期。5. 从电路中抽取信号作为各灯点亮的标准。6. 对不完善之处进行修改，以使达到预期。三、电路设计过程：1．宏模块法设计计数器：（模比预计大1，后面给出解释）2．初步进行电路设计如图：以中心JK触发器不停翻转代表两路轮流路灯的情形，右边JK触发器则是以翻转的形式调配是绿灯亮还是黄灯亮。（注意到每次灯的转换都会是绿灯黄灯交替亮，故以右边JK触发器输出Q为1代表黄灯亮，0代表绿灯亮）本电路使能采用屏蔽CP秒脉冲的方式。3．第一次调试检查功能：发现实际计数中的0状态都没用到，于是把计数器模均加一，就实现了预计功能。4．设计控制电路：初步构想如图，是根据以下表格分析出的：Main Drive45count Working?What to do next1145count Pause10Change0XHoldVice Drive45count Working?What to do next11Change1025count Pause0XHold5．第二次调试：这次调试发现很多问题，下面表述两主要问题：首先，如果单路有车信号小于5s（虽然实际中不可能出现），存在需要将黄灯计时器置零的问题，遂进行以下修改：其次，主控电路不能直接控制屏蔽秒脉冲的与门，而是应该发出状态转换信号，即使2步奏中右边JK触发器翻转，电路状态自行改变，但由于计数器特性该JK触发器采用下降沿触发，而主控电路产生的是上升沿，改进期间遇到如果只是简单地加非门，会因为与的缘故，屏蔽掉黄灯5s计数器产生的电路状态转换信号，考虑良久，无奈只能选择采用两个JK触发器来在主控电路发出上升沿是产生一个时间很短（1s）的脉冲信号。如图：6．从电路抽取信号来控制六个灯的状态：因为电路中能表述电路状态的主要特性的信号在中间JK触发器的输出以及各计数器CP脉冲前的与门上，遂从这些信号中抽取一些分析他们的逻辑关系，并设计出相关电路如图：7．第三次调试：对连接的小错误进行了局部的修改。8．最终功能检查：期间发现设计时有疏忽，遗漏了两遍都无车的情况考虑，遂做出小改动。四、最终结果测试：两遍均无车的情况：仅主车道有车：仅次车道有车：两车道均有车：状态转换：无车—副车道有车副车道有车—无车副车道有车—均有车主车道有车—均有车均有车（轮副车道通行）—主车道有车均有车（轮主车道通行）—副车道有车均有车（轮主车道通行）—主车道有车均有车（轮副车道通行）—副车道有车最终的测试结果均符合题目要求。五、心得体会：在规模稍大的电路设计时，对电路预先分块并且有效预测各部分困难十分关键，如果可以提前预测好各个部分的难处，可以有效的减少差错修改的时间，并且可以使电路更加美观简洁，而预测能力很大程度是同电路设计的经验有关的。