数字逻辑红绿灯控制

数电课程设计
---红绿灯控制
专业：网络工程
班级：二班
指导教师：**
*名：**
学号：************
红绿灯控制设计说明
一．设计题目：红绿灯控制
要求：
● 控制交叉路口的2方向红绿灯变化。

● 变化时序如图1所示。

● 设置复位开关。

图1 红绿灯控制时序
二．实验设备
XFG1、74LS112、74LS192N 、74LS08、开关、数码管、红黄绿显示灯泡
三、实验原理
1.交通灯控制电路的系统图
2.分部电路图原理说明
（1）脉冲发生器
用multisim 软件工具中的XFG1设置频率为60HZ ，即可得到如下脉冲
（2）状态控制器 脉冲发生器 减法计数器 置数控制器 状态控制器 东西方向交通灯 南北方向交通灯 复位开关
根据设计要求，交通灯四种不同状态如下:
S0状态：南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮。

S1状态：南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮。

S2状态：南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮。

S3状态：南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。

状态变化图
状态编码
进位输出C Q1 Q0
S0 0 0 0
S1 0 1 0
S2 1 0 0
S3 1 1 1
经分析得，有四个状态需要两片JK触发器(74LS112N)实现该状态转换 J1=Q0 K1=Q0
J0=1 K0=1
C=Q1Q0
电路图如下：
状态控制器部分主要是控制交通灯按上述四个状态循环变化，设G1、Y1、R1分别表示东西方向的绿黄红灯，G2、Y2、R2分别表示南北方向的绿黄红灯。

状态 74LS112输出端东西方向交通灯南北方向交通灯Q1 Q0 G1 Y1 R1 G2 Y2 R2
S0 0 0 0 0 1 1 0 0
S1 0 1 0 0 1 0 1 0
S2 1 0 1 0 0 0 0 1
S3 1 1 0 1 0 0 0 1
G1=Q1Q0' G2=Q1'Q0'
Y1=Q1Q0 Y2=Q1'Q0
R1=Q1' R2=Q1
电路如下图所示
（3）置数控制器和减法计数器
S0：东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮12s
S1：东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮3s
S2：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮12s
如上图，我们需要用74LS192N十进制加减法计数器来控制各交通灯得时间变化，真值表如下：
时间状态个位十位Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 C3 C2 C1 C0 12s 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
3s 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0
12s 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1
3s 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0
由真值表可得 D3=D2=0 C3=C2=C1=0
D1=1 C=Q0’
D0=Q0
电路如图
在电路中我自己又分别将74LS192N的输出接七段显示译码器上来显示时间，可以方便仿真时检查电路是否按照设定时间倒计时。

（4）复位开关
因74LS192的CR=1 时清零，所以在CR端接一个双向开关J1，XFG1脉冲发生端接一个单向开关J2，当按空格键时J1指向1端时，J2闭合，电路开始按当前状态运行；当再按一下空格键时J1指向2端时，J2断开，电路显示部分清零，状态控制端暂停，并跳下一个状态。

三．总电路图
四．故障分析
设计十字路口交通灯我查了很多书籍，看完之后有了大体的思路。

首先设计一个周期为
1s的脉冲发生器，但设置好后用示波器来测试，脉冲所谓的一周期跟现实生活中的一秒相差很大。

所谓的一周期大概有半分钟那么长，而且和状态控制部分连好之后，状态根本不随脉冲信号的变化而变化。

试了好多方案都不变化，后来问同学才知道频率设置有问题，经过反复的测试和设置，再仿真状态控制电路就随脉冲信号变化而相应循环变化了。

置数部分和倒计时部分需要用到74LS192N，但我对该芯片不是太了解，通过上网查找资料，了解了各引脚代表的含义和作用，明白了如何实现加法和减法计数的功能。

再根据自己的要求来分别置数12和3来倒计时，当减至为0后发出借位信号，将借位信号与状态控制电路CLK端口连接，便可以转至下一个状态依次变化。

设计复位开关时，刚开始一直在LD'端设置，并没有达到预计的效果，以为LD’时清零端。

后来查资料一看是自己记错了，应该让CR端置0才会清零。

所以我在CR端加了一个双向开关，仿真后发现状态控制电路一直在循环，并没有停止，我又在74LS112的CLK端加了一个开关，断开后发现置数部分又出现混乱状况。

于是我把开关接到了脉冲发生端，再次仿真结果就运行正常了。

只是复位开关断开后不能让状态从00状态开始，而是从当前状态的下一个
状态开始继续运行。

五：总结和设计调试体会
刚拿到课题时，对课程设计该怎么弄无从下手。

于是我静下心来，温故下数字电路的课本及相关的参考书。

然后参仔细认真分析了下题目，照参考书上的例题，了解一般电路的分析和设计，掌握一些常用重要芯片的用法和工作原理。

然后采用把整个设计化为小模块的方法，写真值表，列表达式，化整为零的方法来设计。

一个个模块相继慢慢完成，最后考虑怎么相连整合成整个设计电路。

碰到没有见过或用法说明不清楚的芯片时，只能自己查阅资料，搜集管脚图，即学即用。

这样让我对芯片的特性和用法，功能等有了深刻的记忆及应用。

学了一个学期的《数字电子技术基础》课程，直到这次课程设计时，才发现，原来自己掌握的知识那么有限，能够运用到实际中的知识更是少之又少。

平时，我们都只是学习原理知识，但是没有进行实践。

课本知识固然重要，但是实践环节也是不可或缺的环节。

许多知识学了就忘，很难将它们长期的保存在脑海中。

而且在这次设计中也让我练习了下Multisim 和word的学习，熟悉了对画图软件的应用。

所以这样的实习还是很有意义和收获的。

六、选用教材及参考书
教材：《数字电子技术基础》阎石，高等教育出版社
参考书：Multisim使用手册，电脑辅助电路设计,
《Multisim 10电路仿真及应用》张新喜许军王新忠杨雨迎编著机械工业出版社。