北京理工大学数字数电路课程设计交通灯控制器预习报告总结计划docxWord文档下载推荐.docx
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实验类
■综合设计
学
生姓
型
倪正超
□自主创新
名
学号/班
1120133797
30011302
组
级
号
同组搭
徐特立学院
院
档
专
徐特立英才班
成
.word资料可编辑.
业：
绩：
课程设计II——交通灯控制器
一、实验目的
1.巩固所学《数字电路与系统设计》知识，学习数字系统设计方法；
2.用中小规模集成电路设计、安装、调试一个小型数字控制系统：
交通灯控制器；
3.使用MULTISIM对所设计系统进行仿真；
4.掌握数字系统的调试方法：
应该学会用示波器来进行测试。
二、实验原理
1.数字系统的概念
数字系统是指对数字信息进行存储、传输、处理的电子系统。
它的输入和
输出都是数字量。
通常把门电路、触发器等称为逻辑器件；
将由逻辑器件构成，
能执行某单一功能的电路，如计数器、译码器、加法器等，称为逻辑功能部件；
把由逻辑功能部件组成的能实现复杂功能的数字电路称数字系统。
数字系和功能部件之的区之一在于功能是否一。
一个存器尽管模很大，可以达到数兆甚至G字，但因其功能一，只能算是部件；
而由几片MSI构成的交通灯控制器却可称系。
数字系和功能部件之的区之二在于是否包含控制路。
一个数字路，无其模大小，只有在具有控制路的情况下才能称之系。
2.数字模与数字系的思路——自向下的方法
自向下的方法是从整体系功能出，按一定原将系划分若干子系，再将每个子系分若干功能，再将每个模分成若干小的模⋯⋯直至分成多基本模。
《数字路与系》程中我接触到的数字模有：
多路器、器、数器、移位寄存器、状机等等。
一个数字系可看成由若干数字模成的。
行可以先将系分解若干个子系（模），每个子系完成某一功能。
将每个子系完后，再由子系构成整个系。
仿真、安装、可逐个模行，再将它接起来行。
3.交通灯控制器的原理
（1）交通灯功能概述
交通灯示意如下所示，其中感器的作用判断支路是否有通
（或等候），若支路无，主路灯常亮。
其中主路灯TM=16s，支路灯TB=12s，黄灯TY=3s，支路感器信号VS（支路有，VS高平）。
主路M
传感器
GYR
支路B
G
Y
R
图1交通灯示意图
（2）交通灯系统框图
框图结构如下：
译码器
红绿灯
Q1
Q0
CLK
VS
控制器
驱动电路
TSTY
LDCNTTL
定时器
时间显示
控制电路
BCD-七段显示译码器
手动控制
七段数码管
图2交通灯系统的组成框图（左）及实现框图（右）
其中，定时器用74LS163计数器，BCD-七段显示译码器用74LS248，驱动
电路中的触发器用D触发器，使用双D触发器74LS74。
值得注意的是74LS163
为加法计数器，但在交通灯控制器中所需要的是倒计时功能，即实现减法计数
器，故需将74LS163计数器的输出反相，并采用预置法实现模M计数。
（3）交通灯控制器状态图
交通灯控制器状态转换示意图如下。
（注：
在状态图中，TL=1代表主路绿灯时间已倒计为0，TY,TS同；
VS=1表示支路有车）。
MG
S0
S1
MY
BR
00
01
MR
S3
S2
BY
10
11
BG
图3交通灯控制器状态转换图
状态方程：
Q0
n1
Q1Q0
TLVS
QQ10
1Q1Q0TSVSQ1Q00
n
1
Q1Q0
0QQ
TY
Q1Q01Q1Q0TY
从状态方程可以看出，用4-1MUX
实现较为简单。
状态个数为4，故所需D触发器个数为2，其驱动方程即为状态方程。
（4）定时器的设计
主路绿灯时间为TM=16s，支路绿灯时间为TB=12s，黄灯时间为TY=3s.
在每个状态下所需预置的数不同，列表如下：
下一状态持续时间
D
C
B
A
0011
TB
1100
TM
10000
从表中可得：
DS01S10S21S30
CS0
1S11S21
S30
BS0
0S10S20S300
AS0
1S10S21S30D
故采用4-1MUX实现以上逻辑函数较为简单，且实现D，C逻辑函数即可。
（5）时钟CLK的发生原理
用555定时器构成多谐振荡器，产生频率为1Hz的时钟信号。
三、元件清单
1.
NE555
555定时器
1片
2.
74LS00
四2与非门
2片
3.
74LS04
六非门
4.
74LS08
四2
与门
3
片
5.
74LS32
或门
6.
74LS74
双D触发器
7.
74LS153
双4-1多路选择器
2
8.
74LS163
4位二进制同步计数器
9.
74LS248
10.74LS138
3-8译码器
11.LED
6
个
12.
七段显示器
或2片
13.
电阻、电容、导线若干
四、实验内容和主要步骤
1.时钟信号的发生
用555定时器构成多谐振荡器，原理图如右图所示，用MULTISIM仿真结果可得其振荡频率为1Hz。
图4时钟信号的发生原理图
2.定时器和控制器的设计
图5定时器和控制器的设计原理图
用MULTISIM仿真结果如下：
A闭合时（即TS=1，支路有车时），波形图如下：
图6输出波形图
（从上至下依次为163输出QDQCQBQA，预置端DCBA，进位ROC，状态Q1Q0）
A断开时（即TS=0，支路无车时）仿真结果为Q1Q0=00，与状态图相符。
3.时间显示电路的设计
从上波形图可以看出，163为加法计数器，则为实现红绿灯倒计时功能在计数器输出端加反相器。
同时将输出转换为BCD码，当QDQCQBQA时，加0110，用加法器实现之，则输入端输入为：
，需
1001
A4A3A2A1=QDQCQBQA,
B4=B1=0,
B3=B2=QD（QC+QB）.
其中B3B2逻辑函数的实现可由画卡诺图得到：
QA
0011
QC
QD
QB
电路图如下：
图7时间显示电路原理图
其中LT端接VS，目的是在支路无车时让数码管显示‘88’，区别正常计时。
4.LED灯译码电路的设计由状态图可知：
LEDMG=Q1Q0,LEDMY=Q1Q0,LEDMR=Q1
LEDBG=Q1Q0,LEDBY=Q1Q0,LEDBR=Q1
图8LED灯译码电路原理图
5.整体图设计
将以上子系统整合设计如下图：
图9交通灯控制器整体原理图
五、实验体会
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