最新数电课程设计——简易交通灯控制逻辑电路-(1)

数电课程设计——简易交通灯控制逻辑电
路-(1)
------------------------------------------作者xxxx
------------------------------------------日期xxxx
课程设计说明书课程名称：数字电子技术课程设计
题目：简易交通灯控制逻辑电路
学生姓名: 陈卓斌
专业: __________＿_
班级： ____________
学号： ______＿_____
指导教师: _＿＿＿_＿__＿__＿
日期: 20１1 年０1 月０９日
课程设计任务书
一、设计题目
简易交通灯控制逻辑电路设计
二、主要内容及要求
要求实现逻辑功能：
1、东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮,时间60s。

2、东西方向与南北方向黄灯亮,时间5s。

3、南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,时间45ｓ。

4、如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。

三、进度安排
1、２01１.0１.01—2011.01.0７复习归纳触发器、计数器的逻辑功能
3、２011。

0１.09 使用ＥWB5。

12辅助设计电路,并进行调试。

完成任务设计书.
四、总评成绩
简易交通灯控制逻辑电路设计
一、设计任务与要求
要求实现逻辑功能，在１—3状态循环．
1、东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮，时间15ｓ；
２、东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s;
３、南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,时间l0s；
4、如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。

二、方案设计与论证y
1、分解任务要求
任务要求实际上就是4个状态,不妨设:
Ｓ1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮,时间１5s;
S２、东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s;
S3、南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,时间l0s;
S4、如果发生紧急事件,可以手动控制四个方向红灯全亮.
【表1】
主电路状态与指示灯状态转换
S4１1
东西R=2南北Ｇ=2灯数南北R＝2东西G＝2东南西北
Ｙ＝4
注：R，Ｇ,Y=红,绿，黄灯。

根据【表1】可知，设计电路只需要5组输出端控制指示灯,指示灯都是以2个或４个一组。

总计需要12
⨯个灯．
3
4=
2、输出指示灯状态设计（显示电路）
【图1】Array
显示电路设计▲
3、主电路设计
①、主电路实现S１→Ｓ2→S3状态的转换,
↑↓
②、另外可以在任何一个状态进入S4，并能恢复正常工作状态。

实现①、②可以用触发器,也可以用锁存器或使能电路。

③、实现Ｓ1＝15S，S2=５S,S3=1０Ｓ
方案一
①、S1-Ｓ3使用２个SＲ锁存器,设置00,01，１０三个状态。

②、S4使用触发器，当出现紧急情况，触发器由“0"进入Ｓ4状态“1"后，在解除紧急时,恢复“0＂,进入S1状态。

③、使用4个JK触发器,实现１6位计数。

方案二
①、Ｓ1-Ｓ3使用2个7４７3替代的T触发器。

【图2】
1个74７3替代的T触发器▲
JK触发器包含SR触发器和T触发器的功能，J＝K=T,则得到T 触发器。

②、S4使用或门、非门实现,从【表1】可知:
411S S R S +=
411S S G S •=(不能出现红绿同时亮的情况） 422S S Y S •=(不能出现红黄同时亮的情况)
433S S R S +=
433S S G S •=(不能出现红绿同时亮的情况)
③、使用７41９2同步可逆１0进制计数器(８4２1码）2个
方案对比
【表2】
状态
,不固
定
③T２个74１9
２计数器容易处理,可显示数值
综合考虑，为使电路简化、运行稳定,选用方案二。

三、单元电路设计与参数计算
【图3】
总体模块设计▲
1、时钟控制系统：使用上升时序,个位、十位两片74192.进位
关联使用个位TCU=十位UP实现(ＴerminaｌＣoｕnt Ｕp (Carry) Line）。

数据状态通过判断条件进入选择器７4153.判断条件成立后
执行清零。

2、时序Sｘ控制：使用7473改装的ＴＦF2个，实现S1→S2→
S3状态的转换。

↑
↓
3、判断时钟、Sｘ:判断7419２和747３的状态,满足条件输出7419２的清零使能和7473的CＬK信号。

4、翻译Sx－LED，翻译S1、Ｓ2、Ｓ３对应ＬED的5个状态:
,
3
,
2
,
1
S3
1
,
R
S
S
G
S
R
G
S
Y
5、输出调整电路，令紧急电平开关控制LＥD的状态。

四、总电路工作原理及元器件清单
1．总原理图
【图4】
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第 11 页共 41 页
2.电路完整工作过程描述(总体工作原理）
【图5】
数据线分配▲
【表3】数据线连接
ﻬ【表4】
74192工作状态(个位）
02Q Q B =
注：不填＝0
【表５】
74192(２)工作状态(十位）
0Q C =
注：不填=０
ﻬ【表6】
7473工作状态(双T 触发器）
用JKF Ｆ构成ＴFF
⎩⎨
⎧===⊕===011110000Q T J K Q Q T J K 则有：()
⎩⎨⎧⊕=⊕⊕=1
011
100**Q Q Q Q Q Q Q 使２个T 触发器的4状态循环变为3状态循环，使用1Q 0Q 作系统状态。

10CLK CLK =由选择器７41５3判断。

【图6】
状态转换图▲
【表7】
7４15３工作状态（数据选择器)
()
()()()()2Y 1Y ECLR/74153⑤7473747374192
74192
⑦7473⑥11313220100+=============Q Eb Q Ea C b I b I a I a I b I b I a I a I B B Q A PIN
PIN
=
=CLK
⑤+
1Y
2Y ECLR/74153
Ｓ
选择输
入
Cｏｍmon Sｅ
lect Inｐut
Ｅ选通输
入
Ｅnａble
（ActivｅＬ
ow） Inｐｕｔ
Ｉ
0,I1
数据输
入
Multipleｘer
Ｉnｐｕts
Z输出Ｍultiplexｅr
Ｏutpｕt
【图7】
７4153 Tuｒｔh Ｔable▲
【图8】
７4１5３ L ｏｇic Sym ｂｏl ▲
ﻬ【表8】
74138工作状态(3—8线译码器）
()()y)
A(Emergenc ①7373
7473⑥10===C Q B Q A PIN
7４１53 ＰIN [３］ [2] [1］ 输出 LED LED LE Ｄ LE Ｄ LED
74153 Na ｍe C B A Y R S 1 G S 1 Y S 2 R S 3 G S 3
S1 0 0 0 0Y 1
１
S2 ０ ０ 1 1Y
1
Ｓ3
０ 1 1 3Y
１ 1
S4
1 0 ０ 4Y
1 1 １
０ 1 5Y １ 1 １ 1 ０ 6Y 1 1 １
1
1
7Y
１
1
C/74192(2)③4110+=+=Y S S R S
0411Y S S G S =•= 1422Y S S Y S =•=
C/74192(2)
③4333+=+=Y S S R S 3433Y S S G S =•=
由于74１３8输出的是Y 而不是Y ，另外需要实现＋的逻辑,所以增加G ６～G1来调整线路。

后一页附图。

【图9】
７41３８ Turt ｈ Ｔabl ｅ▲
【图1０】
74138 Coｎnecｔion Diagrａmｓ▲
【图１１】
输出调整电路(G6~G10）▲
ﻬ【表9】３.元件清单
元件序号型号主要参数数
量
备注
74１92７4ＬS192十进制、LOＡD低电平有
效
１
7419２
(2)
７4ＬＳ192十进制、LOAD低电平有效1
741５３７4ＬS１532组数据4选1选择器
使能端Ｅa、Eb低电平有
效
1
747３74LS73J＝K＝T,２个Ｔ触发器1７４1
３8
74LS１３83—8线译码器1
G０7４LS00+７
4ＬS04
2输入与门1
Ｇ1、
G2
74ＬS00２输入与非门1
G3、
G6、
G7、G8
７4LS0４2输入非门1
G4、
G9、
G10
7４LＳ０2
＋7４LＳ04
2输入或门１Ｇ５74LS８６2输入异或门1
五、仿真调试与分析
仿真使用EＷＢ５。

１2。

１、仿真技巧
仿真过程中遇到了很多的问题，在遇到问题后根据除出现的情况按照逻辑真值表进行调整.使用EWＢ5。

12的一些技术或仿真中的事项标记如下：
①、元件调整：双击原件即可调整原件参数.如果在运行状态，这个操作会导致总电源的关闭。

②、EWＢ中有红绿蓝三色灯，而红绿灯需要红绿黄三色,所以模拟中用蓝灯代替黄灯。

③、接线问题：
当且仅当元件、结点不移动的情况下,连线不移动,新接连线会自动调整，可用鼠标移动到线上拖动,若线上出现小方框，说明线太密,不能移动。

连线不能倾斜,全部横向或竖向。

当第三点需要连接在线上是，可以从端点拖动到线上.EWB不允
许出现悬空线,也不允许从导线开始延伸到端点。

要连接两条悬空线ＡＢ，可以先利用第三个端点E引一条线到B，再移动Ｅ上的线到A。

再弃置E。

④、器件、结点圈选以后可以整体移动。

圈内的器件、结点相对位置不会移动,导线两端均在圈内则不移动,导线两端在圈外亦不移动。

导线一端在圈内，一端在圈外则会自动调整。

⑤、调试、连线过程中使用额外的指示灯,并给跨芯片导线编号有利于检错.
2、仿真记录:
仿真过程中没有发现问题，电路运行正常，“五１⑤”的指示灯状态与LEＤ红绿灯运行状态匹配。

【表10】
仿真中的关键逻辑电平记录
全部高电平有效
PIN 7473
[９]
7473
[１2]
7４1９2
[G0]
74192
（2)
［3］
74153
［Ｇ4]
数码管数码管LEDＬED LEＤLED LＥＤ
Nａme⑦1Q⑥0
Q
②B
个位③C
十位
⑤
ECLR
十位个位R
S1G
S1Y
S2R
S3G
S3
S０0０000—－0000０Ｓ0→S10001０1011000
１＝Ｈigｈ Leveｌ
0＝Low Ｌeｖel
Ｘ=Doｎ’t Cａｒe
-=Nonｅ
0—５=0 To 5
【图12】
仿真截图
见下一页
S0：没有打开电源的状态。

S1：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s。

S0，S1，S2，S3中任一状态下打开电源会进入S1状态，数码管初始值为10。

数码管最大显示为14，出现“15”的瞬间进入下一状态。

（S2）S2：东西方向与南北方向黄灯亮，时间
5s。

数码管最大显示为04，出现“05”的瞬间进入下一状态。

（S3）
六、结论与心得
首先这次课程设计是成功的，运用了数电课程知识完全独立自主地进行设计,参考的资料只有课本和TTL的74LＳ系列芯片的说明书．
其次，本设计有利于巩固数电课程知识,加深对基本器件、FF、时序电路、逻辑电路的理解。

最后,ＥWB５．１2属于电子CAD的内容,通过本课程设计，我能熟练地使用EWB进行逻辑电路设计。

附表:文中图、表目录
七、参考文献
[１]《数字电子技术基本教程》清华大学出版社阎石[２］74LS73说明书
[3］7４LＳ138说明书
[4]74LS153说明书
［5]74LS19２说明书
附录［2］- ［5］项。

［2］74ＬS73说明书第２3页
7４７3替代的Ｔ触发器第25页
［3]７4LＳ１38说明书第２6页
[4］74ＬS１５3说明书第２８页
[5］74LS1９２说明书第30页
7４73双j —k 触发器(带清除端)
负边沿J —K 触发器 Ｄｕal J Ｋ FF(Ｃl ｒ)
ＪK ＦＦ
7473
功能
输入
输出
CLR
CP
J
K
n Q
1+n Q
n Q
1+n Q
清除 ０ X X X 0 ０
１ 1
１
维持 1 1 X X 0 1 1 ０ 维持 1 ↓ 0 0 0 １ 1 0
异步置1 1 ↓ 1 ０ ０ 1 1 0 1 0 异步置0 1 ↓ 0 1 0 ０ 1 1 １ 0 Toggle 切换
1
↓
１
１
０ 1 １ 0 1
1
JK 触发器
J
K
n Q 1+n Q
0 0 0 1
1
０
1
1 ０ 1 0 0 １ 1
1
1
10
Q
K
Q
J
Q
JK
Q
K
J
Q
K
J
Q
K
J
Q
+
=
+
+
•
+
•
=
*
７4７3替代的Ｔ触发器
JK 触发器包含SR 触发器和T 触发器的功能
Ｊ=K ＝T,则得到T 触发器。

7473替代的T 触发器
功能
输入
输出
CLR
CP
T
n Q
1+n Q
n Q
1+n Q
清除 0 X Ｘ 0 0
1 1
1
维持 1 1 X 0 １ １ 0 T 触发器
1
↓
0 1 1
Tｏg
ｇle 切换１↓1
0１1０
1
001
T触发器
T n
Q1+n
Q
０
1
1
01
10
Q
T
Q
T
Q+
=
*
74１３8 3－8线译码器／多路转换器
双列直插16脚3—8线译码器
3-to—8 ＤEC
3—Ｔo－8-Liｎe Demｕlｔiplexer
Decｏder／Demultiplexeｒ
使能端S０＝1,使能;S０＝0，禁止. S２=S3＝０使能,S２+S3＝1禁止。

输出Y0—Y7为低电平有效。

７4153双4选1数据选择器/多路选择器Dual 4—to-1 DａｔａＳel／MUＸ
Dual 4—iｎpｕt Multipleｘer
S0
选择输
入
Coｍmoｎ
Selecｔ Input
E选通输
入
Eｎabｌe (Act
ｉvｅ Low) I
ｎｐut
I0，
I1
数据输
入
Mulｔｉplexｅ
ｒ Inｐuts
Z输出Multipｌexer
Ｏuｔput
７4153
74192同步可逆计数器(bｃd，二进制)
PRESＥTTＡBLE BＣＤ/ＤＥCADE UP/DＯWN COUＮTER
PRESETTABLE 4-BIT ＢIＮAＲY ＵP／DOWN COUNＴＥR Syncｈronous Up/Dowｎ Dｅcade Counters(duａl ｃlock liｎ
ｅs）
Ｓynｃhronoｕs Up／Down Counｔer
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