北京理工大學(xué)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)交通燈控制器預(yù)習(xí)報(bào)告

1、word資料可編輯本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱交通燈控制器課程名稱：課程設(shè)計(jì)II （數(shù)字電路）實(shí)驗(yàn)時(shí)間：第19周任課教師：張延軍實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：八、4-333實(shí)驗(yàn)教師：田東實(shí)驗(yàn)類型：原理驗(yàn)證綜合設(shè)計(jì)自主創(chuàng)新學(xué)生姓名：倪正超學(xué)號(hào)/班級(jí)：112013379730011302組號(hào)：學(xué)院：徐特立學(xué)院同組搭檔：專徐特立英才班成業(yè)：績(jī)：倍恵與電子學(xué)院W iWMUTIM IND tL|TMiEl課程設(shè)計(jì)II 交通燈控制器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 鞏固所學(xué) 數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)，學(xué)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；2. 用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試一個(gè)小型數(shù)字控制系統(tǒng)：交通燈 控制器；3. 使用MULTISIM對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真；4.

2、 掌握數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)試方法：應(yīng)該學(xué)會(huì)用示波器來進(jìn)行測(cè)試。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 數(shù)字系統(tǒng)的概念數(shù)字系統(tǒng)是指對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸、處理的電子系統(tǒng)。它的輸入和 輸出都是數(shù)字量。通常把門電路、觸發(fā)器等稱為邏輯器件；將由邏輯器件構(gòu)成， 能執(zhí)行某單一功能的電路，如計(jì)數(shù)器、譯碼器、加法器等，稱為邏輯功能部件； 把由邏輯功能部件組成的能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的數(shù)字電路稱數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)字系統(tǒng)和功能部件之間的區(qū)別之一在于功能是否單一 。一個(gè)存儲(chǔ)器盡管 規(guī)模很大，可以達(dá)到數(shù)兆甚至G字節(jié)，但因其功能單一，只能算是邏輯部件； 而由幾片MSI構(gòu)成的交通燈控制器卻可稱為系統(tǒng)。數(shù)字系統(tǒng)和功能部件之間的 區(qū)別之二在于是否包含控制電路。一個(gè)數(shù)

3、字電路，無論其規(guī)模大小，只有在具 有控制電路的情況下才能稱之為系統(tǒng)。2. 數(shù)字模塊與數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路一一自頂向下的設(shè)計(jì)方法自頂向下的設(shè)計(jì)方法是從整體系統(tǒng)功能出發(fā)，按一定原則將系統(tǒng)劃分為若 干子系統(tǒng)，再將每個(gè)子系統(tǒng)分為若干功能塊，再將每個(gè)模塊分成若干較小的模 塊直至分成多基本模塊實(shí)現(xiàn)。數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程中我們接觸到的數(shù)字模塊有：多路選擇器、譯 碼器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)機(jī)等等。一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)可看成由若干數(shù)字模 塊組成的。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以先將系統(tǒng)分解為若干個(gè)子系統(tǒng)（模塊），每個(gè)子系統(tǒng)完成某一功能。將每個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后，再由子系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。仿真、 安裝、調(diào)試時(shí)可逐個(gè)模塊進(jìn)行，再將它們連接

4、起來進(jìn)行調(diào)試。3. 交通燈控制器的原理設(shè)計(jì)（1）交通燈功能概述交通燈示意圖如下所示，其中傳感器的作用為判斷支路是否有車輛通過 （或等候），若支路無車，則主路綠燈常亮。其中主路綠燈時(shí)間為Tm=16s，支 路綠燈時(shí)間為Tb=12s，黃燈時(shí)間為Ty=3s，支路傳感器信號(hào)為Vs （支路有車， 則Vs為高電平）。圖1交通燈示意圖（2）交通燈系統(tǒng)框圖框圖結(jié)構(gòu)如下：CLK譯碼器H |紅綠燈Q1 Q0LDCNTTLTsTy控制器定時(shí)器BCD七段顯示譯碼器七段數(shù)碼管圖2交通燈系統(tǒng)的組成框圖（左）及實(shí)現(xiàn)框圖（右）其中，定時(shí)器用74LS163計(jì)數(shù)器，BCD-七段顯示譯碼器用74LS248，驅(qū)動(dòng) 電路中的觸發(fā)器用D觸

5、發(fā)器，使用雙D觸發(fā)器74LS74。值得注意的是74LS163 為加法計(jì)數(shù)器，但在交通燈控制器中所需要的是倒計(jì)時(shí)功能，即實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)器，故需將74LS163計(jì)數(shù)器的輸出反相，并采用預(yù)置法實(shí)現(xiàn)模 M計(jì)數(shù)。（3）交通燈控制器狀態(tài)圖交通燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖如下。（注：在狀態(tài)圖中，Tl=1代表主路綠 燈時(shí)間已倒計(jì)為0， Ty, Ts同；Vs=1表示支路有車）。MGBRSO00T；MYBRS101T、MRBYS310醫(yī)+vtT、MRBGS211圖3交通燈控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)方程：Qon1 Q1Q0 TlVs QQo 1 Q1Q0 tSvs Q1Q0 0n 1QiQi Qo 0 QQ 0 TyQi Qo

6、1Qi Qo Ty從狀態(tài)方程可以看出，用4-1MUX實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單狀態(tài)個(gè)數(shù)為4,故所需D觸發(fā)器個(gè)數(shù)為2，其驅(qū)動(dòng)方程即為狀態(tài)方程故采用4-1MUX實(shí)現(xiàn)以上邏輯函數(shù)較為簡(jiǎn)單，且實(shí)現(xiàn)D，C邏輯函數(shù)即可（4）定時(shí)器的設(shè)計(jì)主路綠燈時(shí)間為Tm=16s，支路綠燈時(shí)間為Tb=12s，黃燈時(shí)間為Ty=3s. 在每個(gè)狀態(tài)下所需預(yù)置的數(shù)不同，列表如下：Q1Q。下一狀態(tài)持續(xù)時(shí)間DCBAS000Ty0 0 1 11101S101Tb1 1 0 00100S211Ty0 0 1 11101S310Tm1 0 0 0 00000從表中可得:DS0 1S 0S2 1S3 0CS0 1S1 1S2 1S3 0BS0 0S 0S,

7、 0Ss 0 0AS0 1S1 0S2 1S3 0 D（5）時(shí)鐘CLK的發(fā)生原理用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為1Hz的時(shí)鐘信號(hào)元件清單1. NE555555定時(shí)器1片2. 74LS00四2與非門2片3. 74LS04六非門1片4. 74LS08四2與門3片5. 74LS32四2或門1片6. 74LS74雙D觸發(fā)器1片7. 74LS153雙4-1多路選擇器2片8. 74LS1634位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器1片9. 74LS248BCD-七段顯示譯碼器1片3-8譯碼器6個(gè)1或2片10. 74LS13811. LED12. 七段顯示器13. 電阻、電容、導(dǎo)線若干四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和主要步驟1. 時(shí)鐘信

8、號(hào)的發(fā)生用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，原理圖如右圖所示，用MULTISIM仿真結(jié) 果可得其振蕩頻率為1HzrL0 旳國(guó)I 珂ILLTTIT IdHFcvnC3CJH8獸 口 s 8詁 rf- 0 11T- 1f-圖5定時(shí)器和控制器的設(shè)計(jì)原理圖用MULTISIM仿真結(jié)果如下：A閉合時(shí)（即Ts=1 ,支路有車時(shí)），波形圖如下:（從上至下依次為163輸出QdQcQbQa,預(yù)置端DCBA,進(jìn)位ROC,狀態(tài)QiQo）A斷開時(shí)（即Ts=0 ,支路無車時(shí)）仿真結(jié)果為QiQo=OO ,與狀態(tài)圖相符3. 時(shí)間顯示電路的設(shè)計(jì)從上波形圖可以看出，163為加法計(jì)數(shù)器,則為實(shí)現(xiàn)紅綠燈倒計(jì)時(shí)功能,需 在計(jì)數(shù)器輸出端加反相器。同時(shí)將輸出轉(zhuǎn)換為BCD碼，當(dāng)Qd QcQbQa 1001 時(shí)，加0110 ,用加法器實(shí)現(xiàn)之，則輸入端輸入為：B4=B1=0,B3 = B? =Qd (Qc +Q B )其中B3B2邏輯函數(shù)的實(shí)現(xiàn)可由畫卡諾圖得到：0000000011110011QcQdQb電路圖如下:-A -B T T m1 i m -Amf二二二ABTrA74LS32D74LS24BDK&y A74LS243DfE-L R M事陽匚13圖7時(shí)間顯示電路原理圖其中LT端接Vs,目的是在支路無車時(shí)讓數(shù)碼管顯示8 ，區(qū)別正常計(jì)時(shí)4. LED燈譯碼電路的設(shè)計(jì)由狀態(tài)圖可知：LED mg =Q1 Q0,LED my =Q1Q0