數(shù)字電路設計實例

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1、數(shù)字電路綜合設計案例8.1十字路口交通管理器一、要求設計一個十字路口交通管理器，該管理器自動控制十字路口兩組紅、黃、綠三色交通燈，指揮各種車輛和行人安全通過。二、技術指標1、交通管理器應能有效操縱路口兩組紅、黃、綠燈，使兩條交叉道路上的車輛交替通行，每次通行時間按需要和實際情況設定。2、在某條道路上有老人、孩子或者殘疾人需要橫穿馬路時，他們可以舉旗示意，執(zhí)勤人員按動路口設置的開關，交通管理器接受信號，在路口的通行方向發(fā)生轉換時，響應上述請求信號，讓人們橫穿馬路，這條道上的車輛禁止通行，即管理這條道路的紅燈亮。3、橫穿馬路的請求結束后，管理器使道口交通恢復交替通行的正

2、常狀態(tài)。三、設計原理和過程：本課題采用自上而下的方法進行設計。1．確定交通管理器邏輯功能⑴、十字路口每條道路各有一組紅、黃、綠燈，用以指揮車輛和行人有序地通行。其中紅燈亮表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示停車；綠燈亮表示通行。因此，十字路口車輛運行情況有以下幾種可能：①甲道通行，乙道禁止通行；②甲道停車線以外的車輛禁止通行（必須停車），乙道仍然禁止通行，以便讓甲道停車線以內的車輛安全通過；③甲道禁止通行，乙道通行；④甲道仍然不通行，乙道停車線以外的車輛必須停車，停車線以內的車輛順利通行。⑵、每條道路的通車時間（也可看作禁止通行時間）為30秒~2分鐘，可視需要和實際情況

3、調整，而每條道路的停車時間即黃燈亮的時間為5秒~10秒，且也可調整。⑶、響應老人、孩子或殘疾人特殊請求信號時，必須在一次通行—禁止情況完畢后，阻止要求橫穿的那條馬路上車輛的通行。換句話說，使另一條道路增加若干通行時間。設S1和S2分別為請求橫穿甲道和乙道的手控開關，那么，響應S1或S2的時間必定在甲道通乙道禁止或甲道禁止乙道通兩種情況結束時，且不必過黃燈的轉換。這種規(guī)定是為了簡化設計。由上述邏輯功能，畫出交通管理器的示意圖如圖8-1所示，它的簡單邏輯流程圖如圖8-2所示。示意圖中甲道的紅、黃、綠燈分別用R、Y、G表示，而乙道的紅、黃、綠燈分別用r、y、g表示。簡單邏

4、輯流程圖中設定通行（禁止）時間為60秒，停車時間為10秒。2．確定系統(tǒng)方案及邏輯劃分由確定的邏輯功能，進而來具體地討論實施方案。交通管理器與其他數(shù)字系統(tǒng)一樣，劃分成控制器和受控電路兩部分，控制器送出對受控部分的控制信號，它接受來自外部的請求信號S1和S2以及受控部分的反饋信號，決定自身狀態(tài)轉換方向以及輸出信號。⑴設定S1=1時為有人要橫穿甲道，又設定S2=1時為有人要橫穿乙道，若S1=0，且S2=0，則表示沒有穿越馬路的特殊請求。S1和S2信號均用紐子開關產生。⑵控制器應送出甲、乙道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，我們把燈的代號和驅動燈的信號合而為一，因此有如下

5、規(guī)定：R=1甲道紅燈亮Y=1甲道黃燈亮G=1甲道綠燈亮r=1乙道紅燈亮y=1乙道黃燈亮g=1乙道綠燈亮同時又作以下規(guī)定：①甲道通行、乙道禁止的一段時間內，即G=1，r=1的時間內（假設調定為60秒），用符號W=0表示，否則W=1。②乙道通行、甲道禁止的一段時間內，即g=1，R=1的時間內（假設也調定為60秒），用符號P=0表示，否則P=1。③在黃燈亮的時間內（假設調定為10秒），用L=0表示，否則L=1。在上述各種情況時，如果無特殊請求橫穿馬路，那么，甲、乙道交替通行60秒鐘，轉換時有10秒鐘的停車或準備時間。（3）當交通控制處于甲禁止乙通行的狀態(tài)時，它只響應S1信

6、號，因為若S2=1時，只需本狀態(tài)結束，經過10秒鐘就轉入甲通乙不通狀態(tài)，行人可以穿越乙道，這樣做的目的是為了簡化設計。在甲通乙不通的狀態(tài)時，管理器能響應S1信號，控制器受到S1信號后，狀態(tài)轉換為甲禁止、乙通行狀態(tài)；如果S1=0，而控制器收到S2=1信號，則維持甲道通行、乙道禁止狀態(tài)，讓行人通過乙道。（4）為使交通管理器按照規(guī)定的通行和停車時間有效地工作，故設置秒脈沖信號發(fā)生器，它作為整個電路的時鐘信號和定時電路的參考間。秒脈沖發(fā)生器的構成請參閱“數(shù)字鐘”的有關內容。設計者亦可安裝一個模擬性的簡單的秒信號發(fā)生器。（5）管理器設置60秒通行時間和10秒停車時間的定時電路

7、。定時電路接受控制器送來C1（甲道禁止乙道通行）和C2（甲道通行乙道禁止）信號，驅動60秒定時電路工作，它接受C3信號，驅動10秒定時電路運行，定時電路的參考時間就是秒脈沖。申明一點：定時電路的定時時間可由設計者調整。定時電路的輸出信號是W、P、L，其中W和P是60秒定時結束時饋送給控制器的信號，而L是10秒定時結束時定時電路送到控制器的反饋信號?？刂破鞲鶕@些信號的狀況，發(fā)生相應的狀態(tài)變換。（6）控制器的狀態(tài)經譯碼器譯出交通信號燈的控制信號，驅動甲、乙道相應燈點亮?，F(xiàn)在就可以畫出交通管理器的結構組成圖如圖8-3所示。而它的控制器的詳細邏輯流程圖可用圖8-4示出