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

1、实 验 类 综合设计学生 姓型倪正超 自主创新名学号/班112013379730011302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

2、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

3、 ，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

4、=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G Y R支路 BGYR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Q1Q0CLKVS控 制 器驱动电路TS TYLD CNT TL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

5、 ，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 ）。MGS0S1MYBR0001MRS3S2BY1011BG图 3 交通灯控制器状态转换图状态方程 ： Q0n 1Q1Q0TL VSQQ1 01 Q1Q0 TSVS Q1 Q0 0n1Q1 Q00 QQTYQ1 Q0 1 Q1Q0 TY从状态方程可以看出 ，用 4-1MUX实现较为简单 。状态

6、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DCBA0011TB1100TM10000从表中可得 ：D S01 S10 S21 S30C S01 S11 S21S3 0B S00 S10 S20 S30 0A S01 S10 S21 S30 D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 1H

7、z 的时钟信号 。三、元件清单1.NE555555 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28.74LS1634 位二进制同步计数器9.74LS24810. 74LS1383-8 译码器11. LED6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

8、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 QD QC QB Q A 时，加 0110 ，用加法器实现之 ，则输入端输入为 ：，需1001A 4

9、A 3A 2A1=QD QC QB QA ,B4 =B1 =0,B3=B2 =QD （QC +QB ）.其中 B3 B2 逻辑函数的实现可由画卡诺图得到 ：QA0 0 1 1QCQDQB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 ：LED MG =Q1 Q0, LED MY =Q1Q0 , LED MR =Q1LED BG =Q1Q0, LED BY =Q1 Q0 , LED BR =Q1图 8 LED 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