交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、數(shù)字設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 交通燈控制邏輯電路的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)學(xué)員：學(xué)號(hào)：培養(yǎng)類(lèi)型：年級(jí)：專(zhuān)業(yè)：所屬學(xué)院：指導(dǎo)教員：職稱(chēng)：實(shí)驗(yàn)室：實(shí)驗(yàn)日期：1交通燈控制邏輯電路的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 熟悉 Multisim 仿真軟件的主要功能和使用。2. 熟悉各種常用的 MSI 時(shí)序邏輯電路的功能和使用。3. 運(yùn)用邏輯設(shè)計(jì)知識(shí)，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用的數(shù)字系統(tǒng)。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求：1.設(shè)計(jì)一個(gè)甲干道和乙干道交叉十字路口的交通燈控制邏輯電路。每個(gè)干道各一組指示燈（紅、綠、黃）。要求：當(dāng)甲干道綠燈亮16 秒時(shí)，乙干道的紅燈亮；接著甲干道的黃燈亮 5 秒，乙干道紅燈依然亮；緊接著乙干道的綠燈亮 16 秒，

2、這時(shí)甲干道紅燈亮；然后乙干道黃燈亮 5 秒，甲干道紅燈依然亮；最后又是甲干道綠燈亮， 乙干道變紅燈， 依照以上順序循環(huán)， 甲乙干道的綠紅黃交通指示燈分別亮著。2.要求：（1）分析交通燈狀態(tài)變換，畫(huà)出基于格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)圖。（2）設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路部分，寫(xiě)出完整的設(shè)計(jì)過(guò)程，畫(huà)出邏輯電路圖。在Multisim 仿真平臺(tái)上，搭建設(shè)計(jì)好的該單元電路，測(cè)試驗(yàn)證，將電路調(diào)試正確。（3）設(shè)計(jì)組合邏輯電路部分，寫(xiě)出完整的設(shè)計(jì)過(guò)程，畫(huà)出邏輯電路圖。在 Multisim 仿真平臺(tái)上，搭建設(shè)計(jì)好的該單元電路，測(cè)試驗(yàn)證，將電路調(diào)試正確。（4）用 74LS161 計(jì)數(shù)器構(gòu)造 16 秒定時(shí)和 5 秒定時(shí)的定時(shí)電路

3、，畫(huà)出連線(xiàn)圖。在 Multisim 仿真平臺(tái)上，選用 74LS161 芯片連線(xiàn)，測(cè)試驗(yàn)證，將電路調(diào)試正確。（5）在 Multisim 仿真平臺(tái)上形成整個(gè)系統(tǒng)完整的電路，統(tǒng)調(diào)測(cè)試結(jié)果。三、設(shè)計(jì)思路與基本原理：依據(jù)功能要求，交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)主要有定時(shí)電路、時(shí)序邏輯電路及信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器組合邏輯電路組成， 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。其中定時(shí)電路控制時(shí)序邏輯電路狀態(tài)的該表時(shí)間，時(shí)序邏輯電路根據(jù)定時(shí)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而改變狀態(tài)，進(jìn)而通過(guò)組合邏輯電路控制交通燈系統(tǒng)正常運(yùn)行。在各單元電路的設(shè)計(jì)順序上，最先設(shè)計(jì)基礎(chǔ)格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)圖，由此確定時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)， 并完成該部分電路的調(diào)試。 接著在設(shè)計(jì)好時(shí)

4、序路邏輯電路的基礎(chǔ)上， 根據(jù)狀態(tài)輸出設(shè)計(jì)組合邏輯電路， 并完成該部分的調(diào)試。最后完成定時(shí)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試。 整合電路，形成整個(gè)系統(tǒng)完整的電路， 統(tǒng)調(diào)測(cè)試結(jié)果。2圖 1 交通燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖四、各單元電路設(shè)計(jì)與調(diào)試：1.時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試分析交通燈狀態(tài)變換，畫(huà)出基于格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)表。由表可知交通燈變換共有 4 種狀態(tài)，因此需要兩個(gè)觸發(fā)器來(lái)控制其狀態(tài)輸出從 00 01 1110 00 的狀態(tài)循環(huán)。實(shí)驗(yàn)中采用兩個(gè) D 觸發(fā)器設(shè)計(jì)電路。畫(huà)出二進(jìn)制碼狀態(tài)表交通燈狀態(tài)甲干道乙干道格雷碼綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈（Q1Q0）00011110現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q1Q0Q1Q03000101111110

5、1000分別畫(huà)出 Q0、Q1 的卡諾圖 ,由卡諾圖得到激勵(lì)方程：D1(t+1)0D0(t+1)=Q1=QQ001Q001Q1Q1011001100101Q0 卡諾圖Q1 卡諾圖根據(jù)激勵(lì)方程連接電路，并在mulitsim 上測(cè)試，電路圖如下：42.組合邏輯電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試在設(shè)計(jì)好時(shí)序邏輯電路的基礎(chǔ)上，對(duì)照交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)化表，設(shè)計(jì)出相應(yīng)輸出狀態(tài)下的組合邏輯電路并測(cè)試。電路圖如下：3.定時(shí)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試定時(shí)電路部分設(shè)計(jì)是交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心所在。按題目要求，用 74LS161 設(shè)計(jì)出的電路需要能有 16 秒定時(shí)器與 5 秒定時(shí)器功能?？紤]到需要用到 74LS161 的記滿(mǎn) 16 進(jìn)位功能，所以在 1

6、6 秒定時(shí)器的預(yù)置數(shù)是0000，在 5 秒定時(shí)器的預(yù)置數(shù)為 1011，不難發(fā)現(xiàn)，其中 C 的預(yù)置位都為0，故將其直接接地即可。 在 16 秒定時(shí)器中預(yù)置位 A=B=D=0 ，在 5 秒定時(shí)器中預(yù)置位 A=B=D=1 ，而他們對(duì)應(yīng)的狀態(tài) Q1Q0 分別為 00、 11 和01、 10。不難發(fā)現(xiàn)， A=B=D=Q 1 Q0，所以可以采取該方法預(yù)置輸入。至于清零端，可采取記滿(mǎn)進(jìn)位信號(hào)來(lái)控制。電路圖如下：5五、整體電路設(shè)計(jì)與調(diào)試在完成了各部分電路的設(shè)計(jì)后，整合電路，完成整個(gè)交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。電路圖如下：六、測(cè)試與調(diào)試說(shuō)明（遇到的問(wèn)題及解決辦法）實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交的 Multisim 文件有定時(shí)器電路文件、時(shí)序電路文件、組合譯碼電路文件及完整的交通燈電路文件。如圖所示：在設(shè)計(jì)過(guò)程中， 在時(shí)序邏輯電路及組合邏輯電路中并未遇到問(wèn)題， 而在定時(shí)器設(shè)計(jì)電路中剛開(kāi)始時(shí)如何設(shè)置預(yù)置位困擾了我。 在咨詢(xún)同學(xué)下， 發(fā)現(xiàn)了可以利用 Q0 與 Q1 異或達(dá)到要求的目的。七、總結(jié)與體會(huì)這次交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)不僅讓我鞏固了平常的知識(shí)，提高了自己運(yùn)用所學(xué)數(shù)字設(shè)計(jì)的能力， 而且很大程度開(kāi)拓了我的思維。 這不像實(shí)驗(yàn)書(shū)中的實(shí)驗(yàn)?zāi)菢咏o定電路圖， 你只需要按圖連接元件就可以。 這次實(shí)驗(yàn)需要我們自己發(fā)散思維，自己設(shè)計(jì)電路，很有效的檢驗(yàn)和提高了我的數(shù)電設(shè)計(jì)能力。6八、思考題（ 1）用 555 定時(shí)器構(gòu)造“秒脈沖發(fā)生器