数字逻辑与数字系统课程设计

目录

第一章概述

第二章方案论证

2.1信号灯转换器 (2)

2.2倒计时计数器 (3)

2.3倒计时计数器与信号灯转换连接 (3)

2.4秒脉冲产生电路 (4)

2.5电路测试与仿真 (7)

心得与体会 (8)

第一章

概述

城市十字交叉路口为确保车辆、行人安全有序地通过，都设有指挥信号灯。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通、提高道路事故有明显效果。因此，如何采用合适的方法，使交通信号的控制与交通疏导有机结合，最大限度缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况。以下就是一个交通灯控制系统的电路原理、设计和仿真测试等问题。

要求如下：

（1）在十字路口两个方向上个设置一组红、黄、绿信号灯，其中，绿灯亮的时间为8s，黄灯亮的时间为2s；

（2）在绿灯转向红灯的过程中，先由绿灯转成黄灯，黄灯亮完2秒后，迅速换回红灯亮，同时也让对方由红灯转为绿灯。

（3）如果发生特殊事情，可以手动按下开关，其中一个方向常亮绿灯，倒计时停止。特殊事情结束后，可手动按下开关，恢复正常状态。

第二章

总体方案设计

根据实验要求，智能交通灯系统应由信号灯转移、倒数计时器、秒脉冲信号三部分组成，其原理如下：

单元电路设计

2.1信号灯转换器

用以下六个符号分别代表东西（A ）和南北（B ）方向上信号灯的状态： G A ：东西方向上绿灯亮； G B ：南北方向上绿灯亮；

Y A ：东西方向上黄灯亮； Y B ：南北方向上黄灯亮；

R A ：东西方向上红灯亮； R B ：南北方向上红灯亮。

信号灯状态S 有以下状态：

S 1：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮；

S 2：东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮；

S 3：东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮；

S 4：东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。

由计算可得出：

G A =Q 1n Q 0n Y A =Q 1Q 0n R A =Q 1n

G B =Q 1n Q 0n Y B = Q 1n Q 0n R B = Q 1n

电路图如下：

T 5 T 0

2.2倒计时计数器

计数器应选用集成电路74190芯片，它是十进制同步可逆计数器，具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助Q A、Q B、

2.3倒计时计数器与信号灯转换连接

2.4秒脉冲产生电路

秒脉冲产生电路的功能是产生标准秒脉冲信号，主要由振荡器和分频器组成。振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精准度决定了计时器的准确度，可由石英晶体振荡电路或555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。一般来说，振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大，故在设计时，一定根据需要设计出最佳电路。石英晶体振荡器具有频率准确、振荡稳定、温度系数小的特点，但如果精度要求不高的时候可以采用555构成的多谐振荡器。

振荡器产生的时间信号通常频率很高，要使它变成“秒”信号，需要用分频器来完成。其功能主要是产生标准的秒脉冲信号，即每秒产生一个时钟上升沿，频率为1Hz。分频器的级数和每级的分频次数要根据振荡频率及时基频率来决定。若选用的时基频率为1kHz，可采用三级74160做分频器。74160是一个十进制加法计数器，其功能表如图：

成。其中，555定时器由RC组成多谐振荡器，三个计数器74160组成分频器。电路如图：

电路中多谐振荡器输出的是1kHz脉冲信号，此信号作为第一级计数器的时钟信号。计数器的4个使能端ENP、ENT、LOAD、CLR均接高电平。由于74160是十进制计数器，因此计数器每计数满10次有一个进位信号，此信号即为经第一级计数器分频后得到的100Hz脉冲信号，将这个信号接在下一级计数器的时钟信号端CLK则可实现继续分频，经两个74160逐级分频后依次得到10Hz和1Hz 的脉冲信号。用两个四通道的示波器可以清楚地看到四个脉冲信号的波形图，如图：

第四个计数器输出的进位信号即为1Hz的秒脉冲信号接入交通灯信号控制器作为倒计时的时钟信号，即可形成一个完整的交通灯信号控制器作品。

2.5电路测试与仿真

单击启动按钮，便可以进行交通信号灯控制系统的仿真，电路默认把通行时间设为10秒，打开开关，东西方向车道的绿灯亮，南北方向车道的红灯亮。时间显示器从预置的10秒，以每秒减1，减到“2”时，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，南北方向车道的红灯都不变。减到“0”时，1秒后显示器又转换成预置的10秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，南北方向车道的红灯转换为绿灯。减到“2”时，南北方向车道的绿灯转换为黄灯，，东西方向车道的红灯不变。如此循环下去。如果发生特殊事情，可以手动按下开关，其中一个方向常亮绿灯，倒计时停止。特殊事情结束后，可手动按下开关，恢复正常状态。

参考文献

[1]王连英．基于Multisim10的电子仿真．北京．北京邮电大学出版社

[2]杨志忠卫桦林．数字电子技术基础．北京．高等教育出版社

心得体会

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和multisim连接图。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

我深得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

在制作multisim时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！