實(shí)驗(yàn)一：Multisim交通燈仿真

1、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)22022-6-12 目的：目的：使學(xué)生更好地鞏固和加深對理論知識的理解，使學(xué)生更好地鞏固和加深對理論知識的理解，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué)生的工程素質(zhì)，通增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué)生的工程素質(zhì)，通過實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的過實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和今后工作打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)和今后工作打下良好的基礎(chǔ)。 本實(shí)驗(yàn)課是本實(shí)驗(yàn)課是數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)專業(yè)基礎(chǔ)課程的專業(yè)基礎(chǔ)課程的課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)課，課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)課，重在培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字電路的實(shí)踐技能。要重在培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字電路的

2、實(shí)踐技能。要求學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成基本實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)會中小求學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成基本實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)會中小型數(shù)字系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法，一人一組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。型數(shù)字系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法，一人一組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的32022-6-12 （1 1）掌握數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)板等常用儀器的基本原理、功）掌握數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)板等常用儀器的基本原理、功能及其使用方法。能及其使用方法。 （2 2）了解常用數(shù)字集成電路的主要參數(shù)及邏輯功能。）了解常用數(shù)字集成電路的主要參數(shù)及邏輯功能。 （3 3）具有使用儀器查找和排除電路故障的能力。）具有使用儀器查找和排除電路故障的能力。 （4 4）通過實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌

3、握數(shù)字電路的綜合分析與）通過實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握數(shù)字電路的綜合分析與設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)方法。 二、實(shí)驗(yàn)基本要求二、實(shí)驗(yàn)基本要求 （5 5）熟悉）熟悉MultisimMultisim、QuartusIIQuartusII等等EDA軟件的電路設(shè)軟件的電路設(shè)計(jì)、仿真、下載方法及操作流程。計(jì)、仿真、下載方法及操作流程。 （6 6）熟悉）熟悉CPLDCPLD、FPGAFPGA可編程邏輯器件的原理、功能可編程邏輯器件的原理、功能及應(yīng)用。及應(yīng)用。一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（1616學(xué)時(shí)，四次）學(xué)時(shí)，四次）1、基于、基于Multisim的交通燈控制電路設(shè)計(jì)、仿真；的交通燈控制電路設(shè)計(jì)、仿真；2、采用、采用MSI的數(shù)字

4、小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、調(diào)測；的數(shù)字小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、調(diào)測； 3、基于、基于Quartus_II的數(shù)字電路設(shè)計(jì)、仿真；的數(shù)字電路設(shè)計(jì)、仿真；4、基于、基于FPGA的數(shù)字電路設(shè)計(jì)、仿真、下載。的數(shù)字電路設(shè)計(jì)、仿真、下載。（注意：每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體內(nèi)容由各次實(shí)驗(yàn)課件確定）（注意：每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體內(nèi)容由各次實(shí)驗(yàn)課件確定）52022-6-12實(shí)驗(yàn)一：基于實(shí)驗(yàn)一：基于Multisim10的交通燈控制的交通燈控制電路設(shè)計(jì)、仿真電路設(shè)計(jì)、仿真賴祖亮賴祖亮 小木蟲小木蟲熟悉熟悉EDA仿真軟件仿真軟件Multisim 10的基本的基本 操作方法操作方法1. 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜な煜SI組合邏輯電路和時(shí)序邏輯路的

5、邏輯功能組合邏輯電路和時(shí)序邏輯路的邏輯功能及使用方法及使用方法掌握掌握MSI組合邏輯器件和時(shí)序邏輯器件組成數(shù)字組合邏輯器件和時(shí)序邏輯器件組成數(shù)字小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和測試方法小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和測試方法學(xué)會使用學(xué)會使用Multisim 10設(shè)計(jì)、仿真和調(diào)試數(shù)字邏設(shè)計(jì)、仿真和調(diào)試數(shù)字邏輯電路輯電路62022-6-12菜單欄菜單欄工具欄工具欄仿真開關(guān)仿真開關(guān)元器件欄元器件欄儀器儀表欄儀器儀表欄狀態(tài)欄狀態(tài)欄電路工作區(qū)電路工作區(qū)設(shè)計(jì)工具箱設(shè)計(jì)工具箱 2.Multisim102.Multisim10軟件主界面簡介軟件主界面簡介 2.Multisim102.Multisim10軟件主界面簡介軟件主界面簡介72022-6

6、-12菜單欄菜單欄仿真開關(guān)仿真開關(guān)工具欄工具欄元器件欄元器件欄儀器儀表欄儀器儀表欄電路工作區(qū)電路工作區(qū)狀態(tài)欄狀態(tài)欄3.3.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 交通燈控制電路是一種用在道路交叉路口控制紅、黃、交通燈控制電路是一種用在道路交叉路口控制紅、黃、綠三色交通信號燈按規(guī)定的時(shí)間順序交替亮滅的應(yīng)用電路。綠三色交通信號燈按規(guī)定的時(shí)間順序交替亮滅的應(yīng)用電路。按交通規(guī)則要求：紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃按交通規(guī)則要求：紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間?？吭诮咕€之外。燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間?？吭诮咕€之外。 交通燈控制電路原理框圖交通燈控制電路原理框圖92022-6-12 交通

7、燈控制電路設(shè)計(jì)要求交通燈控制電路設(shè)計(jì)要求:（1）交通燈控制電路在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)要使紅、黃、綠三色燈）交通燈控制電路在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)要使紅、黃、綠三色燈依次點(diǎn)亮依次點(diǎn)亮24s、4s、20s； （2）如調(diào)整時(shí)鐘周期為）如調(diào)整時(shí)鐘周期為4秒，則紅、黃、綠三色燈點(diǎn)亮?xí)r間內(nèi)所秒，則紅、黃、綠三色燈點(diǎn)亮?xí)r間內(nèi)所包含的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)依次為包含的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)依次為6、1、5，即一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)共，即一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)共12個(gè)個(gè)時(shí)鐘周期；時(shí)鐘周期；（3）時(shí)間計(jì)數(shù)的個(gè)位和十位分別用兩個(gè)數(shù)碼管顯示，計(jì)數(shù)以秒）時(shí)間計(jì)數(shù)的個(gè)位和十位分別用兩個(gè)數(shù)碼管顯示，計(jì)數(shù)以秒為單位為單位，采用倒計(jì)時(shí)方式計(jì)數(shù)，采用倒計(jì)時(shí)方式計(jì)數(shù)；（4）電路設(shè)

8、計(jì)采用常規(guī)）電路設(shè)計(jì)采用常規(guī)74 序列中規(guī)模組合邏輯電路和時(shí)序邏輯序列中規(guī)模組合邏輯電路和時(shí)序邏輯器件實(shí)現(xiàn)器件實(shí)現(xiàn)，要求用扭環(huán)形計(jì)數(shù)器作為定時(shí)控制器。要求用扭環(huán)形計(jì)數(shù)器作為定時(shí)控制器。 交通燈態(tài)序表交通燈態(tài)序表102022-6-12 部分電路簡介部分電路簡介:（1）模）模12扭環(huán)形計(jì)數(shù)器扭環(huán)形計(jì)數(shù)器 如圖所示，兩片如圖所示，兩片74LS194擴(kuò)展成了擴(kuò)展成了8位右移移位寄存器，根位右移移位寄存器，根據(jù)扭環(huán)計(jì)數(shù)器構(gòu)成規(guī)則可知，電路接成了右移模據(jù)扭環(huán)計(jì)數(shù)器構(gòu)成規(guī)則可知，電路接成了右移模12的計(jì)數(shù)器。的計(jì)數(shù)器。112022-6-12模模12扭環(huán)形計(jì)數(shù)器狀態(tài)表扭環(huán)形計(jì)數(shù)器狀態(tài)表 東西方向：綠：東西方向

9、：綠：EWG= 黃：黃：EWY= 紅：紅：EWR= 南北方向：綠：南北方向：綠：NSG= 黃：黃：NSY= 紅：紅：NSR= 邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式（由學(xué)生自己填寫）（由學(xué)生自己填寫）122022-6-12 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器 （注意：該參考電路不是倒計(jì)時(shí)方式）（注意：該參考電路不是倒計(jì)時(shí)方式） 下圖是用兩片下圖是用兩片74LS160接成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器從接成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器從0態(tài)開始計(jì)數(shù)。態(tài)開始計(jì)數(shù)。兩片兩片74LS160接成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖接成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖13仿真參考電路如下圖所示：仿真參考電路如下圖所示：（注意：計(jì)數(shù)顯示不是倒計(jì)時(shí)方式）（注意：計(jì)數(shù)顯示

10、不是倒計(jì)時(shí)方式）142022-6-12 4. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求 （1）在在 Multisim 10界面中設(shè)計(jì)出交通燈控制器各單元電路，其界面中設(shè)計(jì)出交通燈控制器各單元電路，其中脈沖信號發(fā)生器（可用中脈沖信號發(fā)生器（可用Multisim 10中的函數(shù)發(fā)生器替代）；中的函數(shù)發(fā)生器替代）； （2）分別寫出南北方向和東西方向紅、黃、綠交通燈點(diǎn)亮的邏）分別寫出南北方向和東西方向紅、黃、綠交通燈點(diǎn)亮的邏輯函數(shù)表達(dá)式；輯函數(shù)表達(dá)式； （3）完成交通燈控制電路總體設(shè)計(jì)，并畫出總體電路原理框圖；）完成交通燈控制電路總體設(shè)計(jì)，并畫出總體電路原理框圖； （4）計(jì)數(shù)顯示采用倒計(jì)時(shí)方式，分頻電路不能與參考電

11、路相同；）計(jì)數(shù)顯示采用倒計(jì)時(shí)方式，分頻電路不能與參考電路相同； （5）使用）使用Multisim 10軟件軟件 ，仿真調(diào)試整機(jī)電路，并記錄結(jié)果。，仿真調(diào)試整機(jī)電路，并記錄結(jié)果。 5. 儀器及器件儀器及器件 （1）計(jì)算機(jī)一臺；）計(jì)算機(jī)一臺； （2）Multisim 10仿真軟件一套；仿真軟件一套； （3）根據(jù)電路實(shí)現(xiàn)方案不同可分別調(diào)用）根據(jù)電路實(shí)現(xiàn)方案不同可分別調(diào)用 74LS74(112)、74LS194(164)、74LS190(191)；74LS160(161) 74LS08、74LS04及三色燈和帶有譯碼的數(shù)碼管等器件。及三色燈和帶有譯碼的數(shù)碼管等器件。152022-6-12 6. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告 （1） 寫出交通燈控制電路各單元電路工作原理；寫出交通燈控制電路各單元電路工作原理； （2） 給出整機(jī)原理框圖和整機(jī)電路分析及調(diào)試結(jié)果；給出整機(jī)原理框圖和整機(jī)電路分析及調(diào)試結(jié)果； （3） 畫出相應(yīng)單元的工作波形；畫出相應(yīng)單元的工作波形； （4） 結(jié)論和體會。結(jié)