數(shù)電畢業(yè)課程設(shè)計——簡易交通燈控制邏輯電路

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)課程設(shè)計說明書課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計題目：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1課程設(shè)計任務(wù)書一、 設(shè)計題目簡易交通燈控制邏輯電路設(shè)計二、 主要內(nèi)容及要求要求實現(xiàn)邏輯功能：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。三、 進度安排2、2011.01.08查找常用器件的資料，包括：型號中文名稱英文名稱7473雙 j

2、-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 SelMUX74192同步可逆計數(shù)器 (bcd,二進制 )Synchronous UpDown Counter3、2011.01.09使用 EWB5.12輔助設(shè)計電路，并進行調(diào)試。完成任務(wù)設(shè)計書。四、 總評成績2簡易交通燈控制邏輯電路設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)與要求要求實現(xiàn)邏輯功能，

3、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)計與論證1、分解任務(wù)要求任務(wù)要求實際上就是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?1】主電路狀態(tài)與指示燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換主電路S1RS1GS2YS3RS3G狀態(tài)S111S21S311S411燈數(shù)南北 R2

4、東西 G2東南西北 Y東西 R2南北 G24注:R， G， B紅，綠，黃燈。根據(jù)【表 1】可知，設(shè)計電路只需要5 組輸出端控制指示燈，指示燈都是以2 個或 4 個一組?？傆嬓枰獋€燈。2、輸出指示燈狀態(tài)設(shè)計（顯示電路）【圖 1】顯示電路設(shè)計3、主電路設(shè)計、主電路實現(xiàn)S1S2 S3狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，、另外可以在任何一個狀態(tài)進入S4，并能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。實現(xiàn)、可以用觸發(fā)器，也可以用鎖存器或使能電路。、實現(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，當出現(xiàn)緊急情況，觸發(fā)器由“0”進入 S4 狀態(tài)“ 1”后，在解

5、除緊急時，恢復(fù)“ 0”，進入 S1 狀態(tài)。、使用 4 個 JK 觸發(fā)器，實現(xiàn) 16 位計數(shù)。方案二、 S1-S3 使用 2 個 7473 替代的 T 觸發(fā)器?！緢D 2】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 進制計數(shù)器（方案對比8421 碼） 2 個方案一項目 S1-S3實現(xiàn)方法2 個鎖存器優(yōu)點簡單【表 2】缺點電平觸發(fā)，與時鐘信號不匹配 S

6、4觸發(fā)器解除緊急（ S4）后指定回到 S1 T二 S1-S34個JK觸發(fā)器2個 T 觸發(fā)器下降脈沖觸發(fā)，與時鐘信號匹配復(fù)雜 S4或門、非門解除緊急（ S4）后回到 S1S2S3任一狀態(tài)，不固定 T2 個 74192 計容易處理，可數(shù)器顯示數(shù)值綜合考慮，為使電路簡化、運行穩(wěn)定，選用方案二。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算【圖 3】總體模塊設(shè)計1、時鐘控制系統(tǒng)：使用上升時序，個位、十位兩片74192。進位關(guān)聯(lián)使用個位 TCU十位 UP實現(xiàn)（ Terminal Count Up (Carry) Line）。數(shù)據(jù)狀態(tài)通過判斷條件進入選擇器74153。判斷條件成立后執(zhí)行清零。2、時序 Sx 控制：使用 747

7、3 改裝的 TFF2個，實現(xiàn) S1S2 S3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 7473 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)線連接序名稱觸發(fā)條件輸出源輸入號方式A(Emergency)1緊急狀態(tài)信號“緊急”741383C電平開關(guān)G91G101B741921判斷個位達到 574192G074153

8、BC74192(2)1判斷十位達到 174192(2)3QA7415341C2112C1132C3TCU(Terminal個位從 90 同時7419212CO74192(2)5UPCount Up輸出一個脈沖或稱 TCU或稱 CPU(Carry) Line)ECLR74153B、C7419274192G11Q0、 Q1747374153G4清零使能74192(2)G2的邏輯函數(shù)Q074730,1狀態(tài)觸發(fā)條件7473121Q741381A7415314AQ174730,1狀態(tài)觸發(fā)條件747392Q741382B7415311G 【表 4】74192 工作狀態(tài)（個位）741927741926741

9、9227419237419274192B數(shù)碼管000000001100102001130100401015101106011171000810019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 T 觸發(fā)器的 4 狀態(tài)循環(huán)變?yōu)?3 狀態(tài)循環(huán)，使用作系統(tǒng)狀態(tài)。由選擇器 74153 判斷。7473747392Q121Q82Q 131Q 狀態(tài)持續(xù)時間S1001115SS201105SS3110010

10、S【圖 6】狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖【表 7】74153 工作狀態(tài)（數(shù)據(jù)選擇器）PINA Q0 7473 B B 74192I 0 a I1 a I 0 b I 2 b 0I 2 aI 3 a I 1bI 3 bC 74192EaQ17473EbQ17473 ECLR/741531Y2Y輸入輸出7473741531474153274153174192(2)74153G492Q121Q狀態(tài)CECLRS1000101S2011101輸入輸出74737415314741532741531574192(2)74153G492Q121Q狀態(tài)CECLRS3111×01狀態(tài)S110011S21011XS3111

11、X1PIN ECLR/74153CLK1Y 2YS0選擇輸入CommonSelectInputE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）74153321輸出LEDLEDLEDLEDLEDPIN74153NameS100011S20011S30111110011S4101111101111111S1RS1S4 Y0 C/74192(2)S3R

12、S3S4Y3C/74192(2)由于 74138 輸出的是而不是，另外需要實現(xiàn)+的邏輯，所以增加G6 G1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（G6 G10 ）【表 9】3元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注7419274LS192十進制、 LOAD低電平有效174192(2)74LS192十進制、 LOAD低電平有效17415374LS1532 組數(shù)據(jù) 4選 1選擇器1使能端 Ea、Eb 低電平有效747374LS73JKT，2 個 T 觸發(fā)器17413874LS1383

13、-8 線譯碼器1G074LS00+74LS042 輸入與門1G1、G274LS002 輸入與非門1G3、 G6、74LS042 輸入非門1G7、G8G4、 G9、 74LS02+74LS042 輸入或門1G10G574LS862 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行調(diào)整。使用 EWB5.12的一些技術(shù)或仿真中的事項標記如下：、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中有紅綠藍三色燈，而紅綠燈需要紅綠黃三色，所以模擬中用藍燈代替黃燈。、接線

14、問題：當且僅當元件、結(jié)點不移動的情況下，連線不移動，新接連線會自動調(diào)整，可用鼠標移動到線上拖動，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?shù)谌c需要連接在線上是，可以從端點拖動到線上。 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。要連接兩條懸空線 AB，可以先利用第三個端點 E 引一條線到 B，再移動 E 上的線到 A。再棄置 E。、器件、結(jié)點圈選以后可以整體移動。圈內(nèi)的器件、結(jié)點相對位置不會移動，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。

15、2、仿真記錄：仿真過程中沒有發(fā)現(xiàn)問題，電路運行正常，“五 1”的指示燈狀態(tài)與LED紅綠燈運行狀態(tài)匹配?！颈?10】仿真中的關(guān)鍵邏輯電平記錄全部高電平有效PIN74737473 74192 74192(2) 74153 數(shù)碼管數(shù)碼管LEDLEDLEDLEDLED912G03G4Name十位個位個位十位S00000000000S0 S1000101011000S115s000-10-100-10-511000S1 S2001 01111510 10 0100S2 5s0100001-500100S2 S3 0110 101050010 01 01S310s1100001-900011S3S1 10

16、 1000111001 01010 10S4110000-1X100101High Level0Low LevelXDon t Care None0-5=0 To 5【圖 12】仿真截圖見下一頁六、結(jié)論與心得首先這次課程設(shè)計是成功的，運用了數(shù)電課程知識完全獨立自主地進行設(shè)計，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，我能熟練地使用EWB進行邏輯電路設(shè)計。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

17、設(shè)計521 個 7473 替代的 T 觸發(fā)器52方案對比63總體模塊設(shè)計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）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（ G6 G10 ）179元件清單1910仿真中的關(guān)鍵邏輯電平記錄

18、2012仿真截圖七、參考文獻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。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 )負邊沿 J-K 觸發(fā)器Dual JK FF(Clr)JKFF7473功能輸入輸出清除XX00110X01維持1X011X01維持0011001異步置1011010011異步置0001111001Toggle1011011001切換1JK 觸發(fā)器11101010001Q* J KQ JK Q JKQ JKQ100110100JQKQ7473 替代的 T 觸發(fā)器JK 觸發(fā)器包含SR 觸