數(shù)電課程設(shè)計(jì)——簡易交通燈控制邏輯電路

1、課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 簡易交通燈控制邏輯電路 學(xué)生姓名： 陳卓斌 專 業(yè)： _ 班 級： _ 學(xué) 號： _ 指導(dǎo)教師： _ 日 期： 2011 年 01 月 09 日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書一、 設(shè)計(jì)題目簡易交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)二、 主要內(nèi)容及要求要求實(shí)現(xiàn)邏輯功能：1、東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間60s。2、東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s。3、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間45s。4、如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮。三、 進(jìn)度安排1、2011.01.01-2011.01.07 復(fù)習(xí)歸納觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器的邏輯功能2、201

2、1.01.08 查找常用器件的資料，包括：型號中文名稱英文名稱7473雙j-k觸發(fā)器(帶清除端)dual jk ff(clr)7474正沿觸發(fā)雙d型觸發(fā)器(帶預(yù)置端和清除端)dual d-type ff(pre,clr)741383-8線譯碼器/多路轉(zhuǎn)換器3-to-8-line demultiplexer74153雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/多路選擇器dual 4-to-1 data sel/mux74192同步可逆計(jì)數(shù)器(bcd,二進(jìn)制)synchronous up/down counter3、2011.01.09 使用ewb5.12輔助設(shè)計(jì)電路，并進(jìn)行調(diào)試。完成任務(wù)設(shè)計(jì)書。四、 總評成績 簡易交通

3、燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求要求實(shí)現(xiàn)邏輯功能，在1-3狀態(tài)循環(huán)。1、東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s；2、東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s；3、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l0s；4、如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮。二、方案設(shè)計(jì)與論證y1、分解任務(wù)要求任務(wù)要求實(shí)際上就是4個狀態(tài)，不妨設(shè)：s1、東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s；s2、東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s；s3、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l0s；s4、如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮?！颈?】主電路狀態(tài)與指示燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換主電路狀態(tài)s1rs1gs2ys3rs3

4、gs111s21s311s411燈數(shù)南北r2東西g2東南西北y4東西r2南北g2注:r，g，y紅，綠，黃燈。根據(jù)【表1】可知，設(shè)計(jì)電路只需要5組輸出端控制指示燈，指示燈都是以2個或4個一組?？傆?jì)需要個燈。2、輸出指示燈狀態(tài)設(shè)計(jì)（顯示電路）【圖1】顯示電路設(shè)計(jì)3、主電路設(shè)計(jì)、主電路實(shí)現(xiàn)s1s2s3狀態(tài)的轉(zhuǎn)換， 、另外可以在任何一個狀態(tài)進(jìn)入s4，并能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)、可以用觸發(fā)器，也可以用鎖存器或使能電路。、實(shí)現(xiàn)s115s，s25s，s310s方案一、s1-s3使用2個sr鎖存器，設(shè)置00，01，10三個狀態(tài)。、s4使用觸發(fā)器，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況，觸發(fā)器由“0”進(jìn)入s4狀態(tài)“1”后，在解除緊急時

5、，恢復(fù)“0”，進(jìn)入s1狀態(tài)。、使用4個jk觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)16位計(jì)數(shù)。方案二、s1-s3使用2個7473替代的t觸發(fā)器?！緢D2】1個7473替代的t觸發(fā)器jk觸發(fā)器包含sr觸發(fā)器和t觸發(fā)器的功能，j=k=t，則得到t觸發(fā)器。、s4使用或門、非門實(shí)現(xiàn)，從【表1】可知：(不能出現(xiàn)紅綠同時亮的情況)(不能出現(xiàn)紅黃同時亮的情況)(不能出現(xiàn)紅綠同時亮的情況)、使用74192同步可逆10進(jìn)制計(jì)數(shù)器（8421碼）2個方案對比【表2】方案項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)一s1-s32個鎖存器簡單電平觸發(fā)，與時鐘信號不匹配s4觸發(fā)器解除緊急（s4）后指定回到s1t4個jk觸發(fā)器復(fù)雜二s1-s32個t觸發(fā)器下降脈沖觸發(fā)，與時鐘信

6、號匹配s4或門、非門解除緊急（s4）后回到s1/s2/s3任一狀態(tài)，不固定t2個74192計(jì)數(shù)器容易處理，可顯示數(shù)值綜合考慮，為使電路簡化、運(yùn)行穩(wěn)定，選用方案二。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算【圖3】總體模塊設(shè)計(jì)1、時鐘控制系統(tǒng)：使用上升時序，個位、十位兩片74192。進(jìn)位關(guān)聯(lián)使用個位tcu十位up實(shí)現(xiàn)（terminal count up (carry) line）。數(shù)據(jù)狀態(tài)通過判斷條件進(jìn)入選擇器74153。判斷條件成立后執(zhí)行清零。2、時序sx控制：使用7473改裝的tff2個，實(shí)現(xiàn)s1s2s3狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。 3、判斷時鐘、sx：判斷74192和7473的狀態(tài)，滿足條件輸出74192的清零使能和74

7、73的clk信號。4、翻譯sxled，翻譯s1、s2、s3對應(yīng)led的5個狀態(tài)：5、輸出調(diào)整電路，令緊急電平開關(guān)控制led的狀態(tài)。四、總電路工作原理及元器件清單1總原理圖【圖4】2電路完整工作過程描述（總體工作原理）【圖5】數(shù)據(jù)線分配【表3】數(shù)據(jù)線連接序號名稱觸發(fā)方式條件輸出源輸入a(emergency)1緊急狀態(tài)信號“緊急”電平開關(guān)741383cg91g101b/741921判斷個位達(dá)到574192g074153bc/74192(2)1判斷十位達(dá)到174192(2)3qa7415341c2112c1132c3tcu(terminal count up (carry) line)個位從90同時

8、輸出一個脈沖7419212co或稱tcu74192(2)5up或稱cpueclr/74153清零使能1b、c/74192q0、q1/7473的邏輯函數(shù)74153g474192g174192(2)g2q0/74730,1狀態(tài)觸發(fā)條件7473121q741381a7415314aq1/74730,1狀態(tài)觸發(fā)條件747392q741382b7415311g【表4】74192工作狀態(tài)（個位）7419277419267419227419237419274192b數(shù)碼管000000001100102001130100401015101106011171000810019注：不填0【表5】74192(2)工

9、作狀態(tài)（十位）7419277419267419227419237419274192b數(shù)碼管00000000111注：不填0【表6】7473工作狀態(tài)（雙t觸發(fā)器）用jkff構(gòu)成tff則有：使2個t觸發(fā)器的4狀態(tài)循環(huán)變?yōu)?狀態(tài)循環(huán)，使用作系統(tǒng)狀態(tài)。由選擇器74153判斷。747392q121q747382q131q狀態(tài)持續(xù)時間s1001115ss201105ss3110010s【圖6】狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖【表7】74153工作狀態(tài)（數(shù)據(jù)選擇器）輸入輸出747392q121q741531474153274153174192(2)74153g4狀態(tài)ceclrs1000101s2011101輸入輸出747392q

10、121q7415314741532741531574192(2)74153g4狀態(tài)ceclrs311101狀態(tài)s110011s21011xs3111x1s0選擇輸入common select inpute選通輸入enable (active low) inputi0,i1數(shù)據(jù)輸入multiplexer inputsz輸出multiplexer output【圖7】74153 turth table【圖8】74153 logic symbol【表8】74138工作狀態(tài)（3-8線譯碼器）74153pin321輸出ledledledledled74153names100011s20011s30111

11、1s410011101111101111111由于74138輸出的是而不是，另外需要實(shí)現(xiàn)+的邏輯，所以增加g6g1來調(diào)整線路。后一頁附圖。【圖9】74138 turth table【圖10】74138 connection diagrams【圖11】輸出調(diào)整電路（g6g10）【表9】3元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注7419274ls192十進(jìn)制、load低電平有效174192(2)74ls192十進(jìn)制、load低電平有效17415374ls1532組數(shù)據(jù)4選1選擇器使能端ea、eb低電平有效1747374ls73jkt，2個t觸發(fā)器17413874ls1383-8線譯碼器1g074ls0

12、0+74ls042輸入與門1g1、g274ls002輸入與非門1g3、g6、g7、g874ls042輸入非門1g4、g9、g1074ls02+74ls042輸入或門1g574ls862輸入異或門1五、仿真調(diào)試與分析仿真使用ewb5.12。1、仿真技巧仿真過程中遇到了很多的問題，在遇到問題后根據(jù)除出現(xiàn)的情況按照邏輯真值表進(jìn)行調(diào)整。使用ewb5.12的一些技術(shù)或仿真中的事項(xiàng)標(biāo)記如下：、元件調(diào)整：雙擊原件即可調(diào)整原件參數(shù)。如果在運(yùn)行狀態(tài)，這個操作會導(dǎo)致總電源的關(guān)閉。、ewb中有紅綠藍(lán)三色燈，而紅綠燈需要紅綠黃三色，所以模擬中用藍(lán)燈代替黃燈。、接線問題：當(dāng)且僅當(dāng)元件、結(jié)點(diǎn)不移動的情況下，連線不移動，新

13、接連線會自動調(diào)整，可用鼠標(biāo)移動到線上拖動，若線上出現(xiàn)小方框，說明線太密，不能移動。連線不能傾斜，全部橫向或豎向。當(dāng)?shù)谌c(diǎn)需要連接在線上是，可以從端點(diǎn)拖動到線上。ewb不允許出現(xiàn)懸空線，也不允許從導(dǎo)線開始延伸到端點(diǎn)。要連接兩條懸空線ab，可以先利用第三個端點(diǎn)e引一條線到b，再移動e上的線到a。再棄置e。 、器件、結(jié)點(diǎn)圈選以后可以整體移動。圈內(nèi)的器件、結(jié)點(diǎn)相對位置不會移動，導(dǎo)線兩端均在圈內(nèi)則不移動，導(dǎo)線兩端在圈外亦不移動。導(dǎo)線一端在圈內(nèi)，一端在圈外則會自動調(diào)整。 、調(diào)試、連線過程中使用額外的指示燈，并給跨芯片導(dǎo)線編號有利于檢錯。2、仿真記錄：仿真過程中沒有發(fā)現(xiàn)問題，電路運(yùn)行正常，“五1”的指示燈狀

14、態(tài)與led紅綠燈運(yùn)行狀態(tài)匹配。【表10】仿真中的關(guān)鍵邏輯電平記錄全部高電平有效pin7473974731274192g074192(2)374153g4數(shù)碼管數(shù)碼管ledledledledledname個位十位十位個位s00000000000s0s1000101011000s115s000-10-100-10-511000s1s200101111510100100s25s0100001-500100s2s301101010500100101s310s1100001-900011s3s11010001110010101010s4110000-1x100101high level0low leve

15、lxdont carenone0-5=0 to 5【圖12】仿真截圖見下一頁s0：沒有打開電源的狀態(tài)。s1：東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s。s0，s1，s2，s3中任一狀態(tài)下打開電源會進(jìn)入s1狀態(tài)，數(shù)碼管初始值為10。數(shù)碼管最大顯示為14，出現(xiàn)“15”的瞬間進(jìn)入下一狀態(tài)。（s2）s2：東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s。數(shù)碼管最大顯示為04，出現(xiàn)“05”的瞬間進(jìn)入下一狀態(tài)。（s3）s3：南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l0s。數(shù)碼管最大顯示為09，出現(xiàn)“10”的瞬間進(jìn)入下一狀態(tài)。（s1）s4：如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮。此狀態(tài)，有且僅有所有紅燈為1，紅綠燈不

16、受主電路狀態(tài)影響。六、結(jié)論與心得首先這次課程設(shè)計(jì)是成功的，運(yùn)用了數(shù)電課程知識完全獨(dú)立自主地進(jìn)行設(shè)計(jì)，參考的資料只有課本和ttl的74ls系列芯片的說明書。其次，本設(shè)計(jì)有利于鞏固數(shù)電課程知識，加深對基本器件、ff、時序電路、邏輯電路的理解。最后，ewb5.12屬于電子cad的內(nèi)容，通過本課程設(shè)計(jì)，我能熟練地使用ewb進(jìn)行邏輯電路設(shè)計(jì)。附表：文中圖、表目錄頁碼表序號圖序號名稱31主電路狀態(tài)與指示燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換41顯示電路設(shè)計(jì)521個7473替代的t觸發(fā)器52方案對比63總體模塊設(shè)計(jì)84總原理圖95數(shù)據(jù)線分配103數(shù)據(jù)線連接11474192工作狀態(tài)（個位）11574192(2)工作狀態(tài)（十位）12674

17、73工作狀態(tài)（雙t觸發(fā)器）126狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖13774153工作狀態(tài)（數(shù)據(jù)選擇器）14774153 turth table14874153 logic symbol15874138工作狀態(tài)（3-8線譯碼器）16974138 turth table161074138 connection diagrams1611輸出調(diào)整電路（g6g10）179元件清單1910仿真中的關(guān)鍵邏輯電平記錄2012仿真截圖七、參考文獻(xiàn)1數(shù)字電子技術(shù)基本教程 清華大學(xué)出版社 閻石274ls73說明書374ls138說明書474ls153說明書574ls192說明書附錄2- 5項(xiàng)。274ls73說明書 第23頁7473替代的

18、t觸發(fā)器 第25頁374ls138說明書 第26頁474ls153說明書 第28頁574ls192說明書 第30頁7473雙j-k觸發(fā)器(帶清除端)負(fù)邊沿j-k觸發(fā)器dual jk ff(clr)jkff7473功能輸入輸出清除0xxx001110維持11xx0110維持1000110異步置1110011010異步置0101001110toggle切換11101101001jk觸發(fā)器000110011010011101107473替代的t觸發(fā)器jk觸發(fā)器包含sr觸發(fā)器和t觸發(fā)器的功能j=k=t，則得到t觸發(fā)器。7473替代的t觸發(fā)器功能輸入輸出清除0xx001110維持11x0110t觸發(fā)器100110toggle切換1101101001t觸發(fā)器0011011074138 3-8線譯碼器/多路轉(zhuǎn)換器雙列直插16腳3-8線譯碼器3-to-8 dec3-to-8-line demultiplexerdecoder/demultiplexer使能端s01，使能；s00，禁止。s2s30使能，s2+s31禁止。輸出y0y7為低電平有效。74153雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/多路選擇器dual 4-to-1 data sel/muxdual 4-input mul