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(jí)： _ 學(xué) 號(hào)： _ 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(shí)間15s。2、東西方向與南北方向黃燈亮，時(shí)間5s。3、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間l0s。4、如果發(fā)生緊急事件，可以手動(dòng)控制四個(gè)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(hào)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(píng)成績 【卓越商

3、城2100】-電信/移動(dòng)/聯(lián)通/魔獸/QQ/200卡/200充值誠信！快速！高效！您的最優(yōu)化選擇！簡易交通燈控制邏輯電路設(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(shí)間15s；2、東西方向與南北方向黃燈亮，時(shí)間5s；3、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間l0s；4、如果發(fā)生緊急事件，可以手動(dòng)控制四個(gè)方向紅燈全亮。二、方案設(shè)計(jì)與論證1、分解任務(wù)要求任務(wù)要求實(shí)際上就是4個(gè)狀態(tài)，不妨設(shè)：S1、東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時(shí)間15s；S2、東西方向與南北方向黃燈亮，時(shí)間5s；S3、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間l0s；S4、如果發(fā)生緊急事件

4、，可以手動(dòng)控制四個(gè)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)S1RS1GS2YS3RS3GS111S21S311S411燈數(shù)南北R2東西G2東南西北Y4東西R2南北G2注:R，G，B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(gè)或4個(gè)一組?？傆?jì)需要個(gè)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(gè)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(gè)SR鎖存器，設(shè)置00

5、，01，10三個(gè)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(shí)，恢復(fù)“0”，進(jìn)入S1狀態(tài)。、使用4個(gè)JK觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)16位計(jì)數(shù)。方案二、S1-S3使用2個(gè)7473替代的T觸發(fā)器?！緢D2】1個(gè)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(shí)亮的情況)(不能出現(xiàn)紅黃同時(shí)亮的情況)(不能出現(xiàn)紅綠同時(shí)亮的情況)、使用74192同步可逆10進(jìn)制計(jì)數(shù)器（8421碼）2個(gè)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(gè)鎖存器簡單電平觸發(fā)，與時(shí)鐘信號(hào)不匹配S

6、4觸發(fā)器解除緊急（S4）后指定回到S1T4個(gè)JK觸發(fā)器復(fù)雜二S1-S32個(gè)T觸發(fā)器下降脈沖觸發(fā)，與時(shí)鐘信號(hào)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(gè)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(shí)鐘控制系統(tǒng)：使用上升時(shí)序，個(gè)位、十位兩片74192。進(jìn)位關(guān)聯(lián)使用個(gè)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(shí)序Sx控制：使用7473改裝的TFF2個(gè)，實(shí)現(xiàn)S1S2S3

7、狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。 3、判斷時(shí)鐘、Sx：判斷74192和7473的狀態(tài)，滿足條件輸出74192的清零使能和7473的CLK信號(hào)。4、翻譯SxLED，翻譯S1、S2、S3對應(yīng)LED的5個(gè)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】第 26 頁 共 33 頁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(hào)名稱觸發(fā)方式條件輸出源輸入A(Emergency)1緊急狀態(tài)信號(hào)“緊急”電平開關(guān)741383CG91G101B/741921判斷個(gè)位達(dá)到574192G074153BC/74192(2)1判斷十位達(dá)到174192(2

8、)3QA7415341C2112C1132C3TCU(Terminal Count Up (Carry) Line)個(gè)位從90同時(shí)輸出一個(gè)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(gè)位）7419277419267419227419237419274192B數(shù)碼管0000

9、00001100102001130100401015101106011171000810019注：不填0【表5】74192(2)工作狀態(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(gè)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(shí)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747392Q121Q741

10、531474153274153174192(2)74153G4狀態(tài)CECLRS1000101S2011101輸入輸出747392Q121Q7415314741532741531574192(2)74153G4狀態(tài)CECLRS3111×01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】741

11、38工作狀態(tài)（3-8線譯碼器）74153PIN321輸出LEDLEDLEDLEDLED74153NameS100011S20011S301111S410011101111101111111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?！緢D9】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(hào)型號(hào)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

12、組數(shù)據(jù)4選1選擇器使能端Ea、Eb低電平有效1747374LS73JKT，2個(gè)T觸發(fā)器17413874LS1383-8線譯碼器1G074LS00+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(gè)操作會(huì)導(dǎo)致總電源的

13、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(dòng)的情況下，連線不移動(dòng)，新接連線會(huì)自動(dòng)調(diào)整，可用鼠標(biāo)移動(dòng)到線上拖動(dòng)，若線上出現(xiàn)小方框，說明線太密，不能移動(dòng)。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(dòng)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(gè)端點(diǎn)E引一條線到B，再移動(dòng)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(dòng)。圈內(nèi)的器件、結(jié)點(diǎn)相對位置不會(huì)移動(dòng)，導(dǎo)線兩端均在圈內(nèi)則不移動(dòng)，導(dǎo)線兩端在圈外亦不移動(dòng)。導(dǎo)線一端在圈內(nèi)，一端在圈外則會(huì)自動(dòng)調(diào)

14、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(hào)有利于檢錯(cuò)。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”的指示燈狀態(tài)與LED紅綠燈運(yùn)行狀態(tài)匹配?！颈?0】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(gè)位十位十位個(gè)位S00000000000S0S1000101011000S115s000-10-100-10-511000S1S200101111510100100S25s0100001-500100S2S301101010500100101S310s11

15、00001-900011S3S11010001110010101010S4110000-1X100101High Level0Low LevelXDont 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(shí)間15s。S0，S1，S2，S3中任一狀態(tài)下打開電源會(huì)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(shí)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(shí)間l0s。數(shù)碼管最大顯

16、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(dòng)控制四個(gè)方向紅燈全亮。此狀態(tài)，有且僅有所有紅燈為1，紅綠燈不受主電路狀態(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(shí)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(shí)，加深對基本器件、FF、時(shí)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(hào)圖序號(hào)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(gè)7473替代的T觸發(fā)器52方案

17、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(gè)位）11574192(2)工作狀態(tài)（十位）1267473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27

18、4LS73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