最新交通灯控制与显示电路综合设计实验编写人佘新平长
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交通灯控制与显示电路综 合设计实验编写人佘新平
长
一、实验目的
1．掌握组合逻辑电路的设计方法； 2．掌握时序逻辑电路的设计方法； 3．初步具备数字系统的综合设计能力； 4．学会数字电路的软件仿真； 5．掌握数字电路的安装和调试方法。
四、设计思路： 1．参考图1，定义交通灯的状态，确定状态表；
第一部分：组合逻辑电路部分 解决三个问题： （1）不同状态下交通灯的控制； （2）交通灯灯亮时间的预置； （3）交通灯灯亮时间的显示。
状态 输入
状态译码、 输出电路
灯亮时间 预置电路
交通灯单元 （6对）
计时显示电路 （两位）
第二部分：时序逻辑电路部分
解决两个问题： （1）交通灯灯亮时间的倒计时； （2）交通灯不同状态的产生及其转换；
特殊状态用S表示，进入特殊状态为“1”， 这时两个方向的 红灯同时点亮，正常状态为“0”。则可列出真值表（学生做）。
特 正常 殊 状态 状 （4种 态）
状态指示信 号
（4种）
东西方向 交通灯 （3种）
南北方向 交通灯 （3种）
S A1 A0 SQ SQ SQ SQ EG ER EY SG SR SY
五、设计、仿真及实验问题研究 六、设计与测试报告要求
见实验电子文档。
“交通灯控制与显示电路”综合设计实验（3） ——时序逻辑电路设计
一、任务与要求 由集成触发器、集成计数器等集成器件设计“交通灯控 制电路”中的时序逻辑电路部分，并在实验（2）的基础 上完成整个控制电路的调试。具体要求如下：
（1）交通灯的不同状态转换时分别产生相应的状态信号； （2）对交通灯不同状态的灯亮时间Te、Ty、Ts分别进行减法
计要求； （7）安装并测试电路的逻辑功能。
二、设计思路： 主要解决三个问题： （1）不同状态下交通灯的控制； （2）交通灯灯亮时间的预置； （3）交通灯灯亮时间的显示。
状态 输入
状态译码、 输出电路
灯亮时间 预置电路
交通灯单元 （6对）
计时显示电路 （两位）
（1）状态译码电路、输出电路及其交通灯单元的设计思路 该电路的主要功能是依据不同的状态信号实现对交通灯的
状态产生及 其转换电路
状态 输出
时间预 置电路
时间倒计时 电路
时间 显示
“交通灯控制与显示电路”综合设计实验（2） ——组合逻辑电路设计
一、任务与要求
由数据选择器、译码器和集成门等集成电路器件设计“交 通灯控制与显示电路”中的组合逻辑电路部分，具体 要求如下：
（1）将状态信号译码为东西、南北方向6对交通灯的控制 信号，实现正常时序控制功能；
（2）特殊状态期间，东西、南北两个方向的红灯同时发 亮，实现特殊状态控制功能；
（3）将东西方向、南北方向的灯亮时间分别用数码管显 示；
（4）根据不同的状态信号分别预置相应的灯亮时间数据 Te、Ty、Ts和Ty，其范围为00～99s，2位BCD码形式；
（5）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图； （6）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设
（1）时间倒计时电路的设计思路
该电路在秒信号作用下，分别以不同状态的灯亮时间Te、 Ty、Ts和Ty作为开始计时的初始值进行减法计数循环。
每当计时到00时，向“状态产生电路”发出计时结束信 号。改变这些初始值即可实现信号灯点亮时间修改的功能。
采用2片具有置数功能的集成十进制加/减可逆计数器 74LS192组成时间倒计时电路。
控制。其设计框图如图所示。 “状态译码电路”采用二进制译码器74LS138实现； “输出电路”采用集成逻辑门实现； “交通灯单元”采用普通的红色、绿色和黄色发光二极管； “接口电路”起信号驱动作用，视实验情况的不同选用。
设灯亮为“1”，灯灭为“0”，交通灯的4种状态S0～S3分别 编码为00、01、10、11，
Ty（5s）
10 Ts（10s）
11
Ty（5s）
十位预置数据 BCD码
0010 0000 0001 0000
个位预置数据 BCD码
0000 0101 0000 0101
时间预置电路的设计框图
（3）计时显示电路的设计思路
将倒计时电路产生的输出经显示译码器CD4511和数 码管进行显示。
三、原理图绘制与电路仿真
状态 东西方向 南北方向
S0
绿灯亮
S1
黄灯亮
S2
红灯亮
S3
红灯亮
红灯亮 红灯亮 绿灯亮 黄灯亮
时间 （s）
Te Ty Ts Ty
状态 东西方向 南北方向
S0
绿灯亮
S1
黄灯亮
S2
红灯亮
S3
红灯亮
红灯亮 红灯亮 绿灯亮 黄灯亮
时间 （s）
Te Ty Ts Ty
、状态转Βιβλιοθήκη Baidu图
2、设计的系统模块框图分为两部分 ：
0123
1xx1111010010
0000111100010
0011011001010
0101101010100
0111110010001
（2）时间预置电路的设计思路
该电路的主要功能是依据不同的状态信号输入相 应的时间预置数据，从而确定交通灯的灯亮时间。
状态A1A0 运行时间
00
Te （20s）
01
用proteus软件绘制出该电路的原理图，对所设计的 电路进行仿真实验。 在仿真过程中，分别改变状态信号及特殊状态信号， 验证电路的逻辑功能是否达到设计要求。
四、电路安装与调试
1. 电路布局 在多孔电路实验板上装配电路时，首先应熟悉其结构。 明确哪些孔眼是连通的，并安排好电源正、负引出线在 实验板上的位置。 电路布局时应安排好各个集成块的位置，以方便连线为原 则。电路与外接仪器的连接端、测试端要布置合理，便 于操作。状态信号、预置数据的输入端点应方便改变其 电平。 2．安装与调试方法 电路安装前，要先检测所用集成电路及其它元器件的好 坏。安装完成后，要用万用表检测电路接触是否可靠、 电源电压大小、极性是否正确。一切正常后才能通电调 试。 实验调试时，注意发光二极管不能过亮。如果过亮，可 串接一个100欧左右的限流电阻。 调试过程中，最好分块进行，如首先调试“状态译码电
计数，实现倒计时功能； （3） 特殊状态期间，计时停止；特殊状态结束后，恢复正常
计时； （4）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图； （5）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要
求； （6）安装并测试电路的逻辑功能； （7）将实验（2）、实验(3)电路连接起来，完成整个控制电
路的调试。
二、设计思路
长
一、实验目的
1．掌握组合逻辑电路的设计方法； 2．掌握时序逻辑电路的设计方法； 3．初步具备数字系统的综合设计能力； 4．学会数字电路的软件仿真； 5．掌握数字电路的安装和调试方法。
四、设计思路： 1．参考图1，定义交通灯的状态，确定状态表；
第一部分：组合逻辑电路部分 解决三个问题： （1）不同状态下交通灯的控制； （2）交通灯灯亮时间的预置； （3）交通灯灯亮时间的显示。
状态 输入
状态译码、 输出电路
灯亮时间 预置电路
交通灯单元 （6对）
计时显示电路 （两位）
第二部分：时序逻辑电路部分
解决两个问题： （1）交通灯灯亮时间的倒计时； （2）交通灯不同状态的产生及其转换；
特殊状态用S表示，进入特殊状态为“1”， 这时两个方向的 红灯同时点亮，正常状态为“0”。则可列出真值表（学生做）。
特 正常 殊 状态 状 （4种 态）
状态指示信 号
（4种）
东西方向 交通灯 （3种）
南北方向 交通灯 （3种）
S A1 A0 SQ SQ SQ SQ EG ER EY SG SR SY
五、设计、仿真及实验问题研究 六、设计与测试报告要求
见实验电子文档。
“交通灯控制与显示电路”综合设计实验（3） ——时序逻辑电路设计
一、任务与要求 由集成触发器、集成计数器等集成器件设计“交通灯控 制电路”中的时序逻辑电路部分，并在实验（2）的基础 上完成整个控制电路的调试。具体要求如下：
（1）交通灯的不同状态转换时分别产生相应的状态信号； （2）对交通灯不同状态的灯亮时间Te、Ty、Ts分别进行减法
计要求； （7）安装并测试电路的逻辑功能。
二、设计思路： 主要解决三个问题： （1）不同状态下交通灯的控制； （2）交通灯灯亮时间的预置； （3）交通灯灯亮时间的显示。
状态 输入
状态译码、 输出电路
灯亮时间 预置电路
交通灯单元 （6对）
计时显示电路 （两位）
（1）状态译码电路、输出电路及其交通灯单元的设计思路 该电路的主要功能是依据不同的状态信号实现对交通灯的
状态产生及 其转换电路
状态 输出
时间预 置电路
时间倒计时 电路
时间 显示
“交通灯控制与显示电路”综合设计实验（2） ——组合逻辑电路设计
一、任务与要求
由数据选择器、译码器和集成门等集成电路器件设计“交 通灯控制与显示电路”中的组合逻辑电路部分，具体 要求如下：
（1）将状态信号译码为东西、南北方向6对交通灯的控制 信号，实现正常时序控制功能；
（2）特殊状态期间，东西、南北两个方向的红灯同时发 亮，实现特殊状态控制功能；
（3）将东西方向、南北方向的灯亮时间分别用数码管显 示；
（4）根据不同的状态信号分别预置相应的灯亮时间数据 Te、Ty、Ts和Ty，其范围为00～99s，2位BCD码形式；
（5）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图； （6）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设
（1）时间倒计时电路的设计思路
该电路在秒信号作用下，分别以不同状态的灯亮时间Te、 Ty、Ts和Ty作为开始计时的初始值进行减法计数循环。
每当计时到00时，向“状态产生电路”发出计时结束信 号。改变这些初始值即可实现信号灯点亮时间修改的功能。
采用2片具有置数功能的集成十进制加/减可逆计数器 74LS192组成时间倒计时电路。
控制。其设计框图如图所示。 “状态译码电路”采用二进制译码器74LS138实现； “输出电路”采用集成逻辑门实现； “交通灯单元”采用普通的红色、绿色和黄色发光二极管； “接口电路”起信号驱动作用，视实验情况的不同选用。
设灯亮为“1”，灯灭为“0”，交通灯的4种状态S0～S3分别 编码为00、01、10、11，
Ty（5s）
10 Ts（10s）
11
Ty（5s）
十位预置数据 BCD码
0010 0000 0001 0000
个位预置数据 BCD码
0000 0101 0000 0101
时间预置电路的设计框图
（3）计时显示电路的设计思路
将倒计时电路产生的输出经显示译码器CD4511和数 码管进行显示。
三、原理图绘制与电路仿真
状态 东西方向 南北方向
S0
绿灯亮
S1
黄灯亮
S2
红灯亮
S3
红灯亮
红灯亮 红灯亮 绿灯亮 黄灯亮
时间 （s）
Te Ty Ts Ty
状态 东西方向 南北方向
S0
绿灯亮
S1
黄灯亮
S2
红灯亮
S3
红灯亮
红灯亮 红灯亮 绿灯亮 黄灯亮
时间 （s）
Te Ty Ts Ty
、状态转Βιβλιοθήκη Baidu图
2、设计的系统模块框图分为两部分 ：
0123
1xx1111010010
0000111100010
0011011001010
0101101010100
0111110010001
（2）时间预置电路的设计思路
该电路的主要功能是依据不同的状态信号输入相 应的时间预置数据，从而确定交通灯的灯亮时间。
状态A1A0 运行时间
00
Te （20s）
01
用proteus软件绘制出该电路的原理图，对所设计的 电路进行仿真实验。 在仿真过程中，分别改变状态信号及特殊状态信号， 验证电路的逻辑功能是否达到设计要求。
四、电路安装与调试
1. 电路布局 在多孔电路实验板上装配电路时，首先应熟悉其结构。 明确哪些孔眼是连通的，并安排好电源正、负引出线在 实验板上的位置。 电路布局时应安排好各个集成块的位置，以方便连线为原 则。电路与外接仪器的连接端、测试端要布置合理，便 于操作。状态信号、预置数据的输入端点应方便改变其 电平。 2．安装与调试方法 电路安装前，要先检测所用集成电路及其它元器件的好 坏。安装完成后，要用万用表检测电路接触是否可靠、 电源电压大小、极性是否正确。一切正常后才能通电调 试。 实验调试时，注意发光二极管不能过亮。如果过亮，可 串接一个100欧左右的限流电阻。 调试过程中，最好分块进行，如首先调试“状态译码电
计数，实现倒计时功能； （3） 特殊状态期间，计时停止；特殊状态结束后，恢复正常
计时； （4）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图； （5）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要
求； （6）安装并测试电路的逻辑功能； （7）将实验（2）、实验(3)电路连接起来，完成整个控制电
路的调试。
二、设计思路