交通燈控制邏輯電路設計實驗報告

1、數字設計課程實驗報告實驗名稱： 交通燈控制邏輯電路的設計與仿真實現學員：學號：培養(yǎng)類型：年級：專業(yè)：所屬學院：指導教員：職稱：實驗室：實驗日期：1交通燈控制邏輯電路的設計與仿真實現一、實驗目的：1. 熟悉 Multisim 仿真軟件的主要功能和使用。2. 熟悉各種常用的 MSI 時序邏輯電路的功能和使用。3. 運用邏輯設計知識，學會設計簡單實用的數字系統(tǒng)。二、實驗任務及要求：1.設計一個甲干道和乙干道交叉十字路口的交通燈控制邏輯電路。每個干道各一組指示燈（紅、綠、黃）。要求：當甲干道綠燈亮16 秒時，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，畫出基于格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)圖。（2）設計時序邏輯電路部分，寫出完整的設計過程，畫出邏輯電路圖。在Multisim 仿真平臺上，搭建設計好的該單元電路，測試驗證，將電路調試正確。（3）設計組合邏輯電路部分，寫出完整的設計過程，畫出邏輯電路圖。在 Multisim 仿真平臺上，搭建設計好的該單元電路，測試驗證，將電路調試正確。（4）用 74LS161 計數器構造 16 秒定時和 5 秒定時的定時電路

3、，畫出連線圖。在 Multisim 仿真平臺上，選用 74LS161 芯片連線，測試驗證，將電路調試正確。（5）在 Multisim 仿真平臺上形成整個系統(tǒng)完整的電路，統(tǒng)調測試結果。三、設計思路與基本原理：依據功能要求，交通燈控制系統(tǒng)應主要有定時電路、時序邏輯電路及信號燈轉換器組合邏輯電路組成， 系統(tǒng)的結構框圖如圖 1 所示。其中定時電路控制時序邏輯電路狀態(tài)的該表時間，時序邏輯電路根據定時電路的驅動信號而改變狀態(tài)，進而通過組合邏輯電路控制交通燈系統(tǒng)正常運行。在各單元電路的設計順序上，最先設計基礎格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)圖，由此確定時序邏輯電路的設計， 并完成該部分電路的調試。 接著在設計好時

4、序路邏輯電路的基礎上， 根據狀態(tài)輸出設計組合邏輯電路， 并完成該部分的調試。最后完成定時電路的設計與調試。 整合電路，形成整個系統(tǒng)完整的電路， 統(tǒng)調測試結果。2圖 1 交通燈控制系統(tǒng)結構框圖四、各單元電路設計與調試：1.時序邏輯電路的設計與調試分析交通燈狀態(tài)變換，畫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)，因此需要兩個觸發(fā)器來控制其狀態(tài)輸出從 00 01 1110 00 的狀態(tài)循環(huán)。實驗中采用兩個 D 觸發(fā)器設計電路。畫出二進制碼狀態(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現態(tài)次態(tài)Q1Q0Q1Q03000101111110

5、1000分別畫出 Q0、Q1 的卡諾圖 ,由卡諾圖得到激勵方程：D1(t+1)0D0(t+1)=Q1=QQ001Q001Q1Q1011001100101Q0 卡諾圖Q1 卡諾圖根據激勵方程連接電路，并在mulitsim 上測試，電路圖如下：42.組合邏輯電路的設計與調試在設計好時序邏輯電路的基礎上，對照交通燈狀態(tài)轉化表，設計出相應輸出狀態(tài)下的組合邏輯電路并測試。電路圖如下：3.定時電路的設計與調試定時電路部分設計是交通燈系統(tǒng)設計的核心所在。按題目要求，用 74LS161 設計出的電路需要能有 16 秒定時器與 5 秒定時器功能?？紤]到需要用到 74LS161 的記滿 16 進位功能，所以在 1

6、6 秒定時器的預置數是0000，在 5 秒定時器的預置數為 1011，不難發(fā)現，其中 C 的預置位都為0，故將其直接接地即可。 在 16 秒定時器中預置位 A=B=D=0 ，在 5 秒定時器中預置位 A=B=D=1 ，而他們對應的狀態(tài) Q1Q0 分別為 00、 11 和01、 10。不難發(fā)現， A=B=D=Q 1 Q0，所以可以采取該方法預置輸入。至于清零端，可采取記滿進位信號來控制。電路圖如下：5五、整體電路設計與調試在完成了各部分電路的設計后，整合電路，完成整個交通燈系統(tǒng)的設計與仿真。電路圖如下：六、測試與調試說明（遇到的問題及解決辦法）實驗結果提交的 Multisim 文件有定時器電路文件、時序電路文件、組合譯碼電路文件及完整的交通燈電路文件。如圖所示：在設計過程中， 在時序邏輯電路及組合邏輯電路中并未遇到問題， 而在定時器設計電路中剛開始時如何設置預置位困擾了我。 在咨詢同學下， 發(fā)現了可以利用 Q0 與 Q1 異或達到要求的目的。七、總結與體會這次交通燈系統(tǒng)設計與仿真實驗不僅讓我鞏固了平常的知識，提高了自己運用所學數字設計的能力， 而且很大程度開拓了我的思維。 這不像實驗書中的實驗那樣給定電路圖， 你只需要按圖連接元件就可以。 這次實驗需要我們自己發(fā)散思維，自己設計電路，很有效的檢驗和提高了我的數電設計能力。6八、思考題（ 1）用 555 定時器構造“秒脈沖發(fā)生器