Introducción al diseño de circuitos lógicos de control de semáforos.
1. Diseñar un circuito de control de semáforo en una intersección, que requiera que los vehículos en las dos vías que se cruzan, carril A y carril B, circulen alternativamente, con un tiempo de paso de 25 segundos para cada paso;
2. Se requiere que la luz amarilla esté encendida durante 5 segundos antes de cambiar de carril;
3. Cuando la luz amarilla está encendida, es necesario que parpadee una vez por segundo. 1. Revisar los fundamentos del diseño de sistemas digitales.
2． Revise los principios de funcionamiento de los selectores de datos multiplexados y los contadores síncronos binarios.
3. Dibuje un diagrama de circuito completo basado en el diagrama de bloques del sistema de control del semáforo. 1. Analice la función lógica del sistema y dibuje su diagrama de bloques
El diagrama de bloques principal del sistema de control de semáforos se muestra en la Figura 12, 1. Se compone principalmente de controlador, temporizador, decodificador y segundo generador de señal de pulso. El segundo generador de impulsos es la fuente de señal de reloj estándar para el temporizador y el controlador del sistema. El decodificador emite las señales de control de los dos conjuntos de luces de señalización, que impulsan las luces de señalización a través del circuito de accionamiento. el sistema, que controla la sincronización. El trabajo del convertidor y el decodificador. En la imagen:
TL: Indica que el intervalo de tiempo entre la luz verde del carril A o del carril B es de 25 segundos, que es el intervalo de tiempo para que los vehículos pasen con normalidad. Cuando se acaba el tiempo, TL = 1, de lo contrario, TL = 0.
TY: Indica que el intervalo de tiempo entre luces amarillas es de 5 segundos. Cuando se acaba el tiempo, TY=1; de lo contrario, TY=0.
ST: Indica que después de que el temporizador alcanza el tiempo especificado, el controlador envía una señal de transición de estado. Controla el tiempo del temporizador para iniciar el siguiente estado de trabajo.
2． Dibuje la ASM (Máquina de estados algorítmicos) del controlador del semáforo
(1) En la imagen, la luz verde del carril A está encendida y la luz roja del carril B está encendida. Indica que los vehículos que circulan por el carril A pueden pasar, pero el carril B está prohibido. Cuando la luz verde se enciende durante el intervalo de tiempo especificado TL, el controlador envía la señal de estado ST y cambia al siguiente estado de funcionamiento.
(2) La luz amarilla en el carril A está encendida y la luz roja en el carril B está encendida. Significa que los vehículos en el carril A que no hayan pasado la línea de estacionamiento dejarán de pasar, los vehículos que hayan pasado la línea de estacionamiento continuarán pasando y el carril B tiene prohibido pasar. Cuando la luz amarilla está encendida durante el intervalo de tiempo especificado TY, el controlador envía una señal de transición de estado ST para pasar al siguiente estado de funcionamiento.
(3) La luz roja en el carril A está encendida y la luz verde en el carril B está encendida. Indica que el carril A está cerrado al tráfico y los vehículos en el carril B pueden pasar. Cuando la luz verde está encendida durante el intervalo de tiempo especificado TL, el controlador envía una señal de transición de estado ST para pasar al siguiente estado de trabajo.
(4) La luz roja en el carril A está encendida y la luz amarilla en el carril B está encendida. Significa que el carril A está cerrado al tráfico, los vehículos que pasan la línea de estacionamiento del condado en el carril B se detienen, los vehículos que han pasado la línea de estacionamiento se detienen y los vehículos que han pasado la línea de estacionamiento continúan pasando. Cuando la luz amarilla se enciende durante el intervalo de tiempo prescrito TY, el controlador envía la señal de transición de estado ST y el sistema cambia nuevamente al estado de funcionamiento (1).
La conversión de los cuatro estados de funcionamiento anteriores del semáforo está controlada por el controlador. Suponga que los cuatro códigos de estado del controlador son 00, 01, 11 y 10, y están representados por S0, S1, S3 y S2 respectivamente. El estado de funcionamiento y las funciones del controlador se muestran en la Tabla 12.1. debe enviar A, señales de control de luces rojas, amarillas y verdes en el carril B. En aras de la simplicidad, el código de la lámpara y la señal de conducción de la lámpara se combinan en uno, y se toman las siguientes disposiciones:
Tabla 12.1 Estado de funcionamiento del controlador y estado de control de función Estado de la lámpara de señalización Estado de funcionamiento del carril S0 (00 ) A verde, B rojo, carril A abierto, carril B cerrado S1 (01) A amarillo, B rojo, carril A lento, carril B cerrado S3 (11) A rojo, B verde, carril A está cerrado, el carril A está abierto S2 ( 10) El carril A es rojo, el carril B es amarillo y el carril A está cerrado al tráfico El carril A es lento AG=1: la luz verde del carril A está encendida;
BG=1: La luz verde del carril B está encendida;
AY=1: La luz amarilla en el carril A está encendida;
BY=1: La luz amarilla en el carril B está encendido;
AR=1: La luz roja en el carril A está encendida;
BR=1: La luz roja en el carril B está encendida;
Se obtiene así el diagrama ASM del semáforo, como se muestra en las Figuras 12 y 2. Suponga que el estado inicial del controlador es S0 (use un cuadro de estado para representar S0). Cuando la duración de S0 es inferior a 25 segundos, TL = 0 (use un cuadro de juicio para representar TL) y el controlador mantiene S0 sin cambios.
Solo cuando la duración de S0 es igual a 25 segundos, TL=1, el controlador envía la señal de transición de estado ST (use el cuadro de salida condicional para representar ST) y pasa al siguiente estado de funcionamiento. Por analogía, podemos entender el significado expresado por el diagrama ASM.
3. Diseño del circuito unitario
(1) Temporizador
El temporizador se compone de un contador sincronizado con el segundo pulso del sistema (proporcionado por el generador de pulsos de reloj), y el contador debe actúa sobre la señal de estado ST Bajo la acción del flanco ascendente del pulso de reloj, el contador comienza a contar de 1 a partir de cero y proporciona la señal de temporización de módulo 5 TY y la señal de temporización de módulo 25 TL al controlador.
Es más fácil diseñar el contador utilizando el circuito integrado 74LS163. 74LS163 es un contador síncrono binario de 4 bits, que tiene las funciones de borrado y configuración síncronos. El diagrama de disposición de los cables externos y el diagrama de forma de onda de sincronización del 74LS163 se muestran en las Figuras 12 y 3, y su tabla de funciones se muestra en las Tablas 12 y 2. En la figura, es el terminal de entrada de borrado síncrono activo de bajo nivel, es el terminal de control de ajuste paralelo síncrono activo de bajo nivel, CTp y CTT son los terminales de control de figura ASM del semáforo en la Figura 12.2, CO es el terminal de salida de acarreo , D0~D3 son terminales de entrada de datos paralelos y Q0~Q 3 son terminales de salida de datos. El circuito temporizador compuesto por dos cascadas 74LS163 se muestra en las Figuras 12 y 4. Analice usted mismo el principio de funcionamiento del circuito.
Figura 12, 3 Diagrama de disposición de cables externos y diagrama de forma de onda de sincronización del 74LS163
(2) Controlador
El controlador es el núcleo de la gestión del tráfico. Capaz de controlar el cambio del estado de funcionamiento de los semáforos de acuerdo con las normas de gestión del tráfico. La tabla de transición de estado del controlador se puede enumerar en el diagrama ASM, como se muestra en las Tablas 12 y 3. Se seleccionan dos flip-flops D FF1 y FFO como registros de temporización para generar 4 estados. Las condiciones para la transición de estado del controlador son TL y TY. Cuando el controlador está en el estado Q1n+1Q0n+1= 00, entonces. el control El controlador permanece en el estado 00 si el controlador cambia al estado Q1n+1Q0n+1= 01. Estas dos situaciones no tienen nada que ver con la condición TY, por lo que están representadas por el elemento irrelevante X. El resto de casos se deducen por analogía, y la señal de transición de estado ST también se enumera en la tabla.
Figura 12, Diagrama del circuito de 4 temporizadores
Tabla 12.2 Tabla de funciones del 74LS163
Tabla 12.3 Tabla de transición de estado del controlador
Según la Tabla 12.3 , se pueden derivar la ecuación de estado y la ecuación de señal de conversión. El método es: Y las variables de condición de transición de estado o de entrada correspondientes a los términos Q1n+1, Q0n+1 y ST son 1, donde 1 está representado por la variable original y. 0 está representado por la variable inversa. Representación de la variable, y luego O cada uno de los términos AND, puede obtener la siguiente ecuación:
De acuerdo con la ecuación anterior, seleccione el selector de datos 74LS153 para implementar la función de entrada. de cada flip-flop D y convierte el valor actual del flip-flop. El valor de estado () se agrega al terminal de entrada de selección de datos de 74LS153 como señal de control. Se puede realizar la función del controlador. El diagrama lógico del controlador se muestra en la Figura 12.5. En la figura, R y C constituyen el circuito de reinicio de encendido.
Figura 12, Diagrama lógico del controlador 5
(3) Decodificador
La tarea principal del decodificador es convertir la salida del controlador Q1, Q0 Los 4 en funcionamiento Los estados se traducen en los estados de funcionamiento de las 6 luces de señal en los carriles A y B. La relación entre el código de estado del controlador y la señal de control de la luz de señal se muestra en las Tablas 12 y 4. Se pide a los lectores que diseñen el circuito decodificador para realizar la relación anterior.
1. Caja de experimentos de circuitos digitales
2. Circuito integrado 74LS74 1 pieza, 74LS10 1 pieza, 74LS00 2 piezas, 74LS153 2 piezas, 74LS163 2 piezas, NE555 1 pieza
3. Resistencia 51KΩ 1 pieza, 200Ω 6 piezas
4. Condensador 10Uf 1 pieza
5. Otros diodos emisores de luz 6 solo tabla 12, 4 código de estado del controlador y tabla de relación de luz de señal
Estado AG AY AR BG BY BR
0 0 1 0 0 0 0 1
0 1 0 1 0 0 0 1
1 0 0 0 1 1 0 0
1 1 0 0 1 0 1 0
1. Diseñe y ensamble el circuito decodificador, y su salida se conecta a 6 luces de señal en los carriles A y B (reemplazadas por diodos emisores de luz durante el experimento) para verificar la función lógica del circuito.
2． Diseñar y montar el segundo circuito generador de pulsos.
3. Montar y depurar circuitos de sincronización. Cuando la señal CP es una onda cuadrada de 1 Hz, dibuje CP, Q0, Q1, Q2, Q3, Q4 y TL. , formas de onda TY y preste atención a la relación de sincronización entre ellas.
4. Ensamble y depure el circuito del controlador.
5. Complete la depuración conjunta del circuito de control del semáforo y pruebe su funcionamiento. 1. Dibuje el diagrama esquemático del circuito experimental e indique los valores de los parámetros de cada componente.
2． Dibuje las formas de onda de sincronización en el experimento, organice los datos experimentales y explíquelos.
3. Escriba los fenómenos de falla que ocurrieron durante el experimento y sus soluciones.
4. Responde las preguntas de reflexión.
5. Experiencia y sugerencias.