数字逻辑实验报告 交通灯.docx

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数字逻辑实验报告交通灯

数字逻辑实验报告交通灯

　　计算机科学与工程学院

　　综合设计报告

　　设计名称：

　　数字逻辑综合设计　　设计题目：

　　可人工干预的交通灯控制器　　学生学号：

　　专业班级：

　　学生姓名：

　　学生成绩：

　　指导教师：

　　课题工作时间：

　　20XX/12/27至20XX/01/07

　　成绩评定表

　　学生姓名：

　　学号：

　　班级：

　　类别平时表现合计各项分值分值1010评分标准按时参加综合设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。

实际合计得分得分　　备注设计负责人给出完成情况30按设计任务书的要求完成了全部20任务，能完整演示其设计内容，符合要求。

能对其设计内容进行详细、完整的10介绍，并能就指导教师提出的问题进行正确的回答。

报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合10理；报告字数符合相关要求，工整规范，整齐划一。

5课题背景介绍清楚，综述分析充分。

设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强，具有说服力。

符号统一；图表完备、符合规范要求。

能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果。

　　二、进度安排：

20XX-12-27——20XX-12-30　　查阅文献，收集资料20XX-12-30——20XX-1-11　　方案论证20XX-1-2——20XX-1-6　　系统详细设计20XX-1-6——20XX-1-7　　综合设计论文撰写　　三、应收集资料及主要

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　　信号P，交通灯在时钟信号CP=1时改变一次通行状态。

“人工干预”信号P直接送到Y1，当时钟信号CP为0时将Y1送到Y2，并Y2送到控制器TC，这是为了避免在CP=1改变通行状态时出现P信号而产生错误的转换。

　　控制器TC产生使东西路通行的输出信号Z1=1，产生使南北路通行的输出信号Z2=1，第三个输出Z3用以在延长通行1分钟后使R-S触发器复位。

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　　第二章设计简介及设计方案论述

　　设计流程图

　　这次设计电路主要是多谐振荡电路、人工干预电路、计时电路、交通灯闪烁电路构成，其关系如图2-1所示：

　　图2-1设计图

　　方案论述

　　交通灯的闪烁电路部分

　　有三种状态：

　　状态一：

东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮；状态二：

东西、南北方向黄灯同时闪烁；状态三：

东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮；

　　计时电路和倒计时电路

　　有三种状态同时有计时和倒计时电路使总电路更易懂。

　　人工干预电路

　　人工干预使用RS触发器，通过RS锁存一个信号，实现两个计时电路的工作转换，再

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　　通过计数器2的信号反馈，清除RS锁存的信号。

　　多谐振荡电路

　　用555定时器构成多谐振荡器，作为电路的计时脉冲，周期为1秒。

显示电路

　　两个七段数码管组成两位的显示器，用来显示计时电路的倒计时。

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　　第三章详细设计

　　555定时器构成的多谐振荡器

　　555定时器简介

　　555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

555定时器的功能主要两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

　　555定时器构成的多谐振荡器

　　如图3-1所示为555定时器构成的多谐振荡器，Cf为10nF，若C取100nF，依据公式周期T=Cln2可计算出R1+2R2≈150kΩ时可得到周期为的振荡信号;若C取10uF，依据公式周期T=Cln2可计算出R1+2R2≈150kΩ时可得到周期为1s的振荡信号。

　　图3-1多谐振荡器

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　　60进制计数器

　　74LS190芯片简介

　　74LS90是二，五，十进制异步计数器。

异步计数器如果设定初态，在每个脉冲的作用下是按顺序变化的。

二进制计数器的每一状态相当一最小项，当最后一个脉冲到来后，电路返回原状态。

74LS90引脚图如图3-2：

　　图3-274LS90引脚图

　　0—9进制的变换

　　74LS90功能：

　　·直接置0·R0=1）　　·直接置9·R9=1）　　·二进制计数用设计七进制计数器为例：

　　CKA接入脉冲信号，CKB接Q0，R9、R9接地，当为七进制时，输出信号为0111，Q2·Q1·Q0=1。

在Q2Q1Q0后连一个三与门，将高电平信号输入R0端即可完成7进制计数器。

实际电路图如图3-3所示：

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　　图3-3七进制电路设计

　　60进制计数器设计

　　60进制计数器一个6进制计数器与10进制计数器连接而成。

先设计好一个6进制和一个10进制计数器。

将10进制的输出信号接入控制6进制计数器芯片的CKA端，即可得到一个60进制的计数器。

具体电路图如图3-4：

　　图3-460进制计数器

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　　60进制倒计时计数器

　　74LS192芯片简介

　　74LS192为带清零的同步BCD码可逆双时钟计数器。

DN为减法时钟，UP为加法时钟，TCU为进位输出，TCD为借位输出，PL为置位端。

74LS192引脚图如图3-5：

　　图3-574LS192引脚图

　　0-9进制倒计时变换

　　用6进制为例：

　　6转换为六进制为0110，故D3D0接低电平，D2D1接高电平。

减法时钟端接脉冲信号，置位端与借位输出端相连即完成了6进制的倒计时功能。

如图3-6所示：

　　图3-66进制倒计时

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　　60进制倒计时计数器设计

　　60进制倒计时器一个6进制和一个10进制倒计时计数器连接而成。

为10进制的减法时钟连一个脉冲信号，10进制计数器的置位端与6进制计数器的置位端相连，则把10进制计数器的信号传递给了6进制计数器，这样就完成了60进制倒计时器的设计。

如下图3-7所示：

　　图3-760进制倒计时计数器

　　人工干预电路

　　人工干预简介

　　为了缓解交通拥堵时的压力，若目前东西路通行一分钟后车辆还很挤，而南北路方向并无车量要求通行，可按下“人工干预”按钮，于是，在目前的1分钟周期结束时，仍然是南北路方向亮红灯，东西路方向亮绿灯，延长放行1分钟，而后自动转入正常的交替工作时序如同未出现过某一方向车量中断的情况一样。

　　人工干预具体过程实现

　　人工干预电路主要电源、按钮、时钟脉冲、RS触发器及两个与门构成。

RS触发器的R端与60进制计数器相连，S端与一个电源与按钮相连。

两个与门分别为60进制计数器和交通灯控制提供信号。

　　当按下按钮后，电源为RS触发器的S端提供高电平信号，输出端Q则输出高电平信号，与时钟脉冲通过与门后为60进制计数器提供信号，使60进制计数器开始计时。

此时，Q输出低电平与时钟脉冲通过与门后变为低电平，不能为后面的交通灯控制电路提供信号，所以交通灯的状态会暂停在按下按钮的时刻，从而达到人工控制的作用。

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　　具体电路图如图3-8：

　　图3-8人工干预电路

　　红黄绿灯控制电路

　　红黄绿灯电路主要电源、JK触发器、7485、与门、非门、红黄绿灯构成。

总电路图如图3-9所示：

　　图3-9红黄绿灯控制电路

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　　红绿灯控制电路

　　南北方向的红灯与东西方向的绿灯是同步的。

当CLK没接到脉冲信号，JK端都与电源相连时，输出端Q输出低电平，Q输出高电平信号与另一高电平通过与门得高电平信号使红灯亮，在红灯上连一个非门，即表示红灯亮时绿灯不亮。

　　黄灯控制电路

　　相比红绿灯而言，黄灯具有5秒闪烁功能，因此黄灯控制电路较为复杂，要用一个比较器。

7485为一个四位数字比较器，其引脚图如3-10所示：

　　图3-107485引脚图

　　此次设计的黄灯的效果是在倒计时5秒时闪烁5下，所以当60进制计数器变为05时，黄灯开始闪烁。

故将7485芯片里的A3A2A1A0端与倒计时计数器的个位控制芯片的输出端Q3Q2Q2Q1端相连，B0B3接低电平，B1B2接高电平。

当信号通过7485芯片后，若QA

在此后面加一个与门，即表示当十位为0000个位为0110时输出高电平信号。

与前面的脉冲信号接一个与门后，即可控制黄灯在最后5秒闪烁。

　　设计总电路及元器件清单

　　总电路

　　总电路如图3-11所示：

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　　图3-11总电路图

　　元器件清单

　　元器件清单如表3-12所示

　　序号1234567891011材料名称十进制同步加减计数器十进制计数器比较器与门非门非门触发器555定时器电阻黄绿红灯7SEG-BCD数码管表3-12元器件清单

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　　型号74ls19274ls907485740474ls044027NE555　　数量221若干5221244

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　　第四章设计结果及分析

　　设计结果

　　当电路开始运行后，南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，此状态持续到倒计时显示5秒时。

当倒计时到5秒时，红绿灯都熄灭，黄灯闪烁5秒后南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，在没人工干预的前提下如此交替循环。

若目前东西路通行一分钟后车辆还很挤，而南北路方向并无车量要求通行，可按下“人工干预”按钮，于是，在目前的1分钟周期结束时，仍然是南北路方向亮红灯，东西路方向亮绿灯，延长放行1分钟，而后自动转入正常的交替工作时序如同未出现过某一方向车量中断的情况一样。

　　过程分析

　　当电路开始运行后，555构成的多谐振荡器为后面的电路提供脉冲信号。

60秒倒计时器正常运行，在倒计时60-05秒这个阶段，只有红绿灯亮，黄灯不亮。

南北方向的红灯与东西方向的绿灯是同步的。

没进行人工干预时，CLK没接到脉冲信号，JK端都与电源相连时，输出端Q输出低电平，Q输出高电平信号与另一高电平通过与门得高电平信号使南北红灯亮，东西方向绿灯亮。

在倒计时5秒后，即十位为0000个位为0110时输出高电平信号，则通过7485芯片后有QA

黄灯闪烁5秒后，60秒倒计时继续运行，此时南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，如此循环交替上述过程。

在进行人工干预后，电源为RS触发器的S端提供高电平信号，输出端Q则输出高电平信号，与时钟脉冲通过与门后为60进制计数器提供信号，使60进制计数器开始计时。

此时，Q输出低电平与时钟脉冲通过与门后变为低电平，不能为后面的交通灯控制电路提供脉冲信号，后面电路就暂停工作，60秒计时器计时完成后，原来的低电平变为高电平，后面的电路继续工作。

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　　总结

　　这次课程设计进行了两周，第一周主要是根据实验指导书设计符合要求的电路，第二周用了一点时间对电路进行改进，其余时间就是完成实验报告了。

　　开始拿到综合设计的题目的时候，还不知道怎么去做，因为自己对这门课一般设计不是很会，对芯片的功能也都不是很清楚，所以当时感到压力很大，然后我就把教材在讲解设计方面知识的地方多看了几遍，增强了自己对芯片功能了解，当我再次看到实验指导书时，我感觉这实验也许没有我之前想象的那么难。

　　根据实验指导书上的要求，这次设计出来的电路主要有十字路口交通灯60秒交替闪烁以及人工可干预的功能，刚开始不知道什么叫人工可干预功能，当我仔细再次看实验指导书后，明白了人工可干预功能是在实际生活中很实用的一个功能。

若目前东西路通行一分钟后车辆还很挤，而南北路方向并无车量要求通行，可按下“人工干预”按钮，于是，在目前的1分钟周期结束时，仍然是南北路方向亮红灯，东西路方向亮绿灯，延长放行1分钟，而后自动转入正常的交替工作时序如同未出现过某一方向车量中断的情况一样。

　　下面是我在实验中遇到的一些问题以及解决的方法：

　　1、了解的芯片不多，无法让电路达到想象的功能。

这时我通过预想电路要达到的效果在网上查找满足条件的芯片资料。

　　2、黄灯闪烁一直是这次实验困扰我最大的问题，因为这个电路中黄灯要在红绿灯变化时闪烁5下，最开始的时候我就用的74LS90芯片去控制交通灯闪烁电路，但黄灯只能闪烁一下，黄灯亮起的时候红绿灯并没熄灭，显然这块芯片不能达到预想的效果，后来我又用了几块不同的芯片，但依旧不能达到想要的效果。

我继续查找资料，看到了7485芯片，它是一个比较器，可以控制当倒计时计数器输出信号小于00000110时，黄灯闪烁，最后黄灯闪烁的问题终于解决了。

　　3、人工干预功能叶在刚开始时候不知道如何实现，后来仔细看过指导书上的提示后明白了，并且连入电路，电路能正常工作。

　　4、于此次设计电路较多，于自己的不仔细，经常将线接错地方，导致电路不能正常工作，我以为是设计思路不对，又去想其他的方法，后来和同学交流时发现他们的思路和我差不多，他们都能做出来，但我不能，我仔细检查后才明白是我连线的问题，于不细心导致了很多不必要的麻烦。

　　通过这次实验，加强了我动脑和独立解决问题的能力，现在设计做好了，花了很多时间，但是自我感觉还是比较满意的，我的电路比较简洁，用的元器件并不是很多，连线也不是很复杂，在别人看来也是比较容易看懂的。

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　　致谢

　　感谢同学们的帮助，当我不知道如何继续设计下去的时候，是你们给了我启示；当我有问题不懂的时候，是你们给我耐心的讲解。

最终电路设计出来了，非常感谢在此过程中帮助过我的每一个人。

在写论文的时候，得到了很多同学宝贵的建议，同时也得到了他们的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。

　　最后，向在百忙中抽出时间对进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢！

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　　数字逻辑综合设计　　设计题目：

　　可人工干预的交通灯控制器　　学生学号：

　　专业班级：

　　学生姓名：

　　学生成绩：

　　指导教师：

　　课题工作时间：

　　20XX/12/27至20XX/01/07

　　成绩评定表

　　学生姓名：

　　学号：

　　班级：

　　类别平时表现合计各项分值分值1010评分标准按时参加综合设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。

实际合计得分得分　　备注设计负责人给出完成情况30按设计任务书的要求完成了全部20任务，能完整演示其设计内容，符合要求。

能对其设计内容进行详细、完整的10介绍，并能就指导教师提出的问题进行正确的回答。

报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合10理；报告字数符合相关要求，工整规范，整齐划一。

5课题背景介绍清楚，综述分析充分。

设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强，具有说服力。

符号统一；图表完备、符合规范要求。

能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果。