【正文】 0 主黃燈、小路紅 A3 A4 TD 1 0 1 0 1 0 0 置數(shù) A4 A5 － 20 0 0 1 0 1 0 0 主紅燈、小路綠 A5 A6 TD3+ X 1 1 0 0 0 0 1 置數(shù) A6 A7 － 5 0 1 0 0 0 0 1 主燈紅、小路黃 A7 A0 TD 1 1 0 0 0 1 0 [題目 B6] 單行道交通控制器 試設(shè)計一個單行道交通燈控制器，該單行道交通示意圖如圖題 B6 所示。 圖中定時器是由減法計數(shù)器構(gòu)成，當減到 0 時， td=1。 td 是計數(shù)器歸 0 信號 t 是定時器置數(shù) /計數(shù)控制信號，當 t=0 時定時器預(yù)置數(shù)，當 t=1 時定時器定時。 D D D3 是東西鄉(xiāng)間小道的紅、黃、綠燈。最后鄉(xiāng)間小路的黃燈亮，主道路的紅燈亮， 4s 定時器時間到，再回到主道路綠燈、鄉(xiāng)間小路紅燈亮的初始狀態(tài)。當鄉(xiāng)間小路上的傳感器檢測到車輛時，主道路的黃燈亮、鄉(xiāng)間小路的紅燈亮，這種狀態(tài)直到當 5s 定時器時間到。hg1=0,hg2=0,hr=1 [題目 B5] 鄉(xiāng)村小路交通燈。hg1=0,hg2=1,hr=0 快速路紅燈、橫道綠燈閃、定時 5s a7： D=5,t=1,kg=0,ky=0,kr=1。hg1=1,hg2=0,hr=0 快速路紅燈、橫道綠燈、定時 15s a5： D=15,t=1,kg=0,ky=0,kr=1。hg1=0,hg2=0,hr=1 快速路黃燈、橫道紅燈、定時 5s a3： D=5,t=1,kg=0,ky=1,kr=0。hg1=0,hg2=0,hr=1 橫道按鈕按下后， 快速路綠燈 90s 繼續(xù)定時 a1： D=0,t=1,kg=1,ky=0,kr=0。 D[7..0]是定時器預(yù)置數(shù)。 kg、 ky 和 kr 是快速路綠、黃和紅燈控制信號。如果有人通過人行橫道時，需要按下按鈕 k，當按鈕 k 按下時，快速路上的綠燈變?yōu)辄S燈， 5 秒后變成紅燈，隨后人行橫道綠燈 15 秒后，綠燈開始閃爍 5 秒，然后人行橫道變紅燈，快速路變綠燈，在快速路變?yōu)榫G燈后的 90 秒內(nèi)，即使有按鈕按下，人行橫道也不會轉(zhuǎn)成綠燈，一定要等到快速路綠燈持續(xù) 90s 后，才能變?yōu)辄S燈，進而轉(zhuǎn)成紅燈（如果高速路綠燈已經(jīng)持續(xù)了 90s，則只要按鈕 k 按下，快速路立刻就會變?yōu)辄S燈，再轉(zhuǎn)成紅燈）。d1=0,d2=1,d3=0； t15=0， t5=1， t20=0 [題目 B4] 人行橫道燈控制。d1=1,d2=0,d3=0； t15=0， t5=1， t20=0 a0 a1 a2 a3南綠東紅t d 1 5 = 1a n d d s = 1南黃東紅 t d 5 = 1南紅東綠t d 2 0 = 1a n d n s = 1南紅東黃t d 5 = 1....《基于 EDA 的電子技術(shù)課程設(shè)計》 數(shù)字課程設(shè)計參考資料 夏路易 09， 5 8 南紅、東綠狀態(tài) a2： n1=1,n2=0,n3=0。 （ 2）狀態(tài)機 南綠、東紅狀態(tài) a0： n1=0,n2=0,n3=1。 圖中定時器是由對確定周期時鐘脈沖計數(shù)的減法計數(shù)器構(gòu)成。 ns 是南北方向的車輛傳感器。 （ 1）原理框圖 .nsn1t 2 0控制器交通燈..2 0 s 定時器t d 2 0狀態(tài)機..n2...n3d1d 2 ds.d 3 t 1 51 5 s 定時器 .t d 1 5 ....t55 s 定時器t d 5... 圖中： n1:， n2：， n3：南北紅燈、黃燈、綠燈控制信號。 [題目 B3] 交通燈控制器。 在 a5 狀態(tài)：南北紅燈亮，東西黃燈亮，其他燈滅。 在 a3 狀態(tài)：南北紅燈亮，東西綠燈亮，其他燈滅。 南北綠燈1 0 秒 南北黃燈3 秒南北綠閃5 秒東西綠燈1 0 秒 東西黃燈3 秒東西綠閃5 秒南北紅燈東西紅燈.. ......《基于 EDA 的電子技術(shù)課程設(shè)計》 數(shù)字課程設(shè)計參考資料 夏路易 09， 5 7 在 a1 狀態(tài)：南北綠燈閃，東西紅燈亮，其他燈滅。 d d d3 是東西方向的紅、黃、綠燈的控制信號。該交通燈的亮滅順序是如下： （ 1）原理框圖 .C L Kn1t 1 0控制器交通燈.1 0 s 定時器t d 1 0狀態(tài)機..n2...n3d1d 2 ..d 3 t55 s 定時器.t d 5....t33 s 定時器.t d 3.. ... 圖中： 定時器用減法計數(shù)器實現(xiàn)。 其他燈滅 a3 狀態(tài)：東西黃燈亮，南北紅燈亮。 a1 狀態(tài)：南北黃燈亮，東西紅燈亮，其他燈滅。 南北綠燈1 0 秒 南北黃燈3 秒東西綠燈1 0 秒 東西黃燈3 秒南北紅燈東西紅燈.. ...... （ 1）原理框圖 .nan1t 1 0控制器交通燈..1 0 s 定時器t d 1 0狀態(tài)機..n2...n3d1d 2 da..d 3 t33 s 定時器 .t d 3... 其中： na 是南北強制按鈕 da 是東西強制按鈕 n1， n2 和 n3 是南北方 向紅、黃、綠燈控制信號 d d2 和 d3 是東西方向紅、黃、綠燈控制信號 圖中定時器用減法計數(shù)器組成，當減到 0 時， td=1。要求可以用按鈕強制使南北通行或東西通行。 （ 6）將綜合形成的文件，寫入可編程邏輯器件，實際驗證所設(shè)計控制器的正確性。 （ 5）選定可編程邏輯器件，例如 FPGA 芯片 10k20TC144，然后實現(xiàn)引腳鎖定。 （ 3）設(shè)計定時器、譯碼器等外圍電路，并仿真驗證是否正確，若是正確，進行下一步。在狀態(tài)圖給出的情況下，還需要如下步驟： （ 1）采用硬件描述語言（例如， Verilog HDL 語言）描述狀態(tài)機，編譯文件，檢查語法錯誤與描述錯 誤。 接觸器是大觸點功率的繼電器，其觸點功率一般在 10A 以上，可達數(shù)百安培。 《基于 EDA 的電子技術(shù)課程設(shè)計》 數(shù)字課程設(shè)計參考資料 夏路易 09， 5 4 動鐵常閉靜觸點動觸點常開靜觸點線圈線圈接線......線圈 觸點（a ） （b ）. 圖 F25 繼電器結(jié)構(gòu) 圖與符號圖 當繼電器線圈通電后，動鐵被磁路吸合，常開觸點閉合，使觸點外電路連接在一起。實際中狀態(tài)機輸出信號與三相電機的控制接線如圖 F24 所示。 無論單相電機還是三相電機，用狀態(tài)機控制繼電器切換電機的電源，就可以控制電機是否運轉(zhuǎn)。例如狀態(tài)機輸出速度 1，則電機電壓為 100V，速度 2， 則電機電壓為 150V，等等。 直流電機需要加直流電，改變直流電壓值，就可以改變旋轉(zhuǎn)速度?？删幊踢壿嬈骷顟B(tài)機）輸出弱電控制信號，驅(qū)動繼電器、晶閘管等器件才能控制白熾燈的亮滅。 在實驗交通燈電路時，可以用單個發(fā)光二極管，這樣不加驅(qū)動就可以用可編程邏輯器件直接驅(qū)動。 （ 4）車輛傳感器 車輛傳感器是檢測汽車是否存在的裝置，該裝置由 1m 寬 x 2m 長的長方形線圈組成，通常埋在汽車行駛的路面上，當汽車經(jīng)過線圈時，線圈與電容組成的諧振電路就改變諧振頻率，檢測該頻率的變化，就可以判斷是否有汽車存在。若是具有上拉電阻，如圖 F23b 所示，則常開觸點閉合后，行程開關(guān)輸出低電平；若是具有下拉電阻，如圖 F23c 所示，則常開觸點閉合后，行程開關(guān)輸出高電平。 （ 3）行程開關(guān) 行程開關(guān)（又稱為限位開關(guān)）是一種檢 測物體移動位置的開關(guān)。 圖 F2b 所示的是可變初值的減法計數(shù)器，當 t=0 時，數(shù)據(jù) D[7..0]被置入計數(shù)器，當t=1 時，開始減法計數(shù)，當計數(shù)值減到 0 時， td=1。 （ 2）定時器 定時器是用減法計數(shù)器組成，分為固定初值計數(shù)器和可變初值定時器兩種。 圖 F21b 是 LED 燈顯示電路，當可編程邏輯器件的輸出引腳輸出低電平時， LED 燈亮。 （ 1）按鈕輸入 與 LED 燈輸出電路 按鈕輸入與 LED 燈輸出電路如圖 F21 所示。另外，實際實驗是要連接實驗板的，所以鎖定引腳時，要參考實驗板電路。 很多題目可能有多種實現(xiàn)答案，只要狀態(tài)機可以按照題目要求正確實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換就可以?！痘?EDA 的電子技術(shù)課程設(shè)計》 數(shù)字課程設(shè)計參考資料 夏路易 09， 5 1 基于 EDA 的電子技術(shù)課程設(shè)計 太原理工大學自動化系 20xx， 5 前面的話 如下是《基于 EDA 的電子技術(shù)課程設(shè)計》書中的數(shù)字課程設(shè)計中各個題目的原理框圖與狀態(tài)機的狀態(tài)圖，供讀者參考。有不正確之處，請讀者指正，在此表示感謝。通常為實際調(diào)試方便，可將計數(shù)器的計數(shù)值顯示在實驗板的數(shù)碼管上（設(shè)計中增加譯碼模塊）。 下面介紹一些關(guān)于題目的基礎(chǔ)知識。圖 F21a 顯示的按鈕電路中，當按鈕按下時，按鈕信號 k1=0，當按鈕抬起時，按鈕信號 k1=1。 k1R11K+ 5V可編程邏輯器件（b）....I/O引腳可編程邏輯器件R x l5 10 Ω+ 5V....（a）L E D（低有效）.I/O引腳.... 圖 F21 按鈕與 LED 燈電路 由于本參考答案設(shè)計的狀態(tài)機中，都是以邏輯 1 表示有效信號，因此在實際接線時，應(yīng)該增加反相器，以滿足 LED 燈的驅(qū)動需求。 《基于 EDA 的電子技術(shù)課程設(shè)計》 數(shù)字課程設(shè)計參考資料 夏路易 09， 5 2 .t定時器D [ 7 . . 0 ] 可預(yù)置時間..t8 8 s 定時器（b ）.（a ）.t d 8 td .... 圖 F22 定時 器電路 圖 F2a 所示的是固定初值為 8 的減法計數(shù)器，當 t8=0 時，計數(shù)器預(yù)置初值；當 t8=1時計數(shù)器開始減法計數(shù)，當計數(shù)值減到 0 時 td8=1。 通常作為定時器的計數(shù)器的時鐘周期為 1s，而狀態(tài)機的時鐘可以在 ms 級，甚至在μ s級，但是在做狀態(tài)機與定時器的聯(lián)合仿真時，為加快仿真速度，可以使狀態(tài)機與定時器具有相同的時鐘信號。圖 F23a 是結(jié)構(gòu)圖，當物體碰到行程開關(guān)的接觸桿時，接觸桿向下移動，使開關(guān)的常開觸點閉合。 常開觸點物體接觸桿 接觸桿與物體接觸后， 接觸桿移動方向R+ 5 VV1O常開觸點 R+ 5 VV2O（a ） （b ） （c ）.... 圖 F23 行程開關(guān)結(jié)構(gòu)與接線圖 實際中還有一種近接（或是接近）開關(guān)，就是當一鐵物體接近開關(guān)時，開關(guān)內(nèi)部的接點會閉合，用于判斷移動物體的位置。 （ 5）被控對象 交通燈 現(xiàn)在的新型交通燈通常用發(fā)光二極管組成，由于是多個發(fā)光二極管串、并聯(lián)在一起，因此有很大的電流驅(qū)動才能工作，通常是用可編程邏輯器件實現(xiàn)狀態(tài)機，因此狀態(tài)機輸出驅(qū)動能力有限，所以要驅(qū)動交通燈，需要大功率器件才可以。 （ 6）被控對象 電燈 《基于 EDA 的電子技術(shù)課程設(shè)計》 數(shù)字課程設(shè)計參考資料 夏路易 09， 5 3 電燈一般是日光燈或是白熾燈，通常采用 220V 交流電源。 （ 7）被控對象 電機 電機是一種機電能量轉(zhuǎn)換器件，是將電能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的裝置，通常分為直流電機和交流電機兩類。常用可編程邏輯器件（狀態(tài)機）輸出的弱電信號控制繼電器切換直流電機電源的方法控制直流電機是否運行 若是改變直流轉(zhuǎn)速，則要狀態(tài)機輸出相應(yīng)的弱電信號，分段改變控制直流電機的電壓的方法實現(xiàn)。 交流電機需要加交流電才能運行，加單相電源的電機稱為單相交流電機，加三相電源的電機稱為三相交流電機。 若是需要改變電機轉(zhuǎn)向，則需要更改電機接線，例如，三相電機，交換任意兩相的接線，就可以改變旋轉(zhuǎn)方向。 .3kQ19 01 3R Y 1D11 N 40 0 1+ 5V可編程邏輯器件...I/ O.3kQ29 01 3D31 N 40 0 1+ 5V..J2MR Y 2J1J2~ 2 2 0 V~ 2 2 0 VJ1 J2~ 3 8 0 V繼電器繼電器接觸器接觸器接觸器觸點電機在此更換了相線I/ O.... 圖 F24 狀態(tài)機輸出信號與三相電機的控制接線圖 （ 8）繼電器 繼電器結(jié)構(gòu)圖與符號圖如圖 F25 所示。繼電器觸點功率較小，不能流過大電流，例如交流 220V、 5A