数字逻辑电路设计

《数字逻辑电路设计》课程设计

总结报告

题目：计时器及红绿灯设计报告

指导教师：

设计人员：

日期：2014年6月5日

1.设计任务书

1.1红绿灯设计任务书

任务：1、红绿灯控制器（选作）（创新班比必做）

基本设计要求：EWB仿真实现，设计一个红绿灯控制器控制器设计应具有以下功能

（1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。.

（2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。

（3）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。

(4 ) 东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。

要求有时间显示的（顺数、逆数皆可）时间自定(按学号：红灯时间（学号）=绿灯时间+黄灯时间（≥5）。

给定条件：FPGA红绿灯开发板

1.2计时器设计任务书

基本设计要求：电脑仿真，电路板布线

计时器应具有以下功能

（1）显示时间：分钟，秒钟（时间为学号后两位，小于20的加上20）

（2）设置操作开关，计时器具有清零，启动、暂停和继续的功能。

（3）场次至少有两次（可多次），半场结束时，有报警信号；比赛结束时，计时器停止工作，有报警信号。（可用发光二极管显示）给定条件：只能采用实验室提供的中小规模电路进行设计；实验室提供基本元件，做完后交回。

2.设计框图及整机概述

2.1红绿灯设计框图及整机概述

计时器由信号发生电路，计数电路，时间显示电路，红绿灯显示电路构成，设计总框图如下图2.1所示

图2.1 红绿灯设计框图

2.1计时器设计框图及整机概述

计时器由信号发生电路，计数电路，控制电路，报警电路，显示电路构成，设计总框图如下图2.2所示

图2 .2计时器设计框图

3.各单元电路的设计方案及原理说明

3.1.1红绿灯秒信号

红绿灯秒信号由FPGA开发板晶振输出，通过74LS160计数器分频后，得到秒脉冲。

3.1.2红绿灯计数电路

我的学号为502，所以采用两分钟，即120秒作为一个计数周期。红绿灯计数电路由3个74LS160计数器及基本门电路构成，3个计数器分别输出个位、十位、百位信号。计数电路电路图如下图3.1所示

图3.1 计数电路电路图

3.1.2红绿灯时间显示电路

红绿灯时间显示电路由3个数码管构成，分别显示个位、十位、百位时间。

3.1.2红绿灯红绿灯显示电路

按照设计要求：红灯时间（120m）=绿灯时间(115m)+黄灯时间（5m）。以120秒为一个周期，红绿灯循环交替闪烁。

3.2.1计时器秒信号

秒信号由实验室提供的数字电路课程设计实验箱信号发生器提供，可输出多频信号和稳定秒脉冲。

3.2.2计时器计数电路

我的学号为502，所以采用22分钟（时间为学号后两位，小于20的加上20），即1320秒为一个计数周期。计数电路由4个74LS160

和基本门电路构成。四个74LS160计数器分别输出秒个位信号，秒十位信号，分个位信号，分十位信号。

3.2.3计时器控制电路

计时器控制电路由清零控制，启动控制，暂停控制，恢复控制四个部分构成。

（1）清零控制：要求能够通过按键实现对计数器的置零；

（2）启动控制：要求能够通过按键实现对计数器的启动；

（3）暂停控制：要求能够通过按键实现对计数器的计数的暂停；

（4）恢复控制：要求能够通过按键实现对已被暂停计数器恢复计数的；

3.2.4计时器报警电路

报警电路由led灯及基本门电路构成。当比赛进行到一半，即计数器计数到11分钟时，中场暂停报警信号灯被点亮，直到下半场计时开始。比赛结束，即计数器计数到22分时钟时，全场暂停报警信号灯被点亮。

3.2.5红绿灯时间显示电路

红绿灯时间显示电路由4个数码管构成，分别显示秒个位信号，秒十位信号，分个位信号，分十位信号。

4.调试过程及结果分析

4.1红绿灯调试及结果分析

由于红绿灯实验是在FPGA开发板上实现，所以没有进行电路的调试检查。

4.2计时器调试及结果分析

焊接完计时器电路板，调试时，发现暂停功能无法正常实现。检

查电路，查找触发器元件资料后发现，触发器存在延时效应。在仿真软件上无法体现出触发器的延时特性，但在实际电路图中，会出现延时，所以无法实现对电路的控制。

5.设计、安装及调试中的体会

5.1红绿灯设计、安装、及调试中的体会

按照资料中的教学视频，很快实现了通过画原理图来控制led灯的点亮熄灭。但在画红绿灯原理图时，发现无法打开资料中的点亮数码管的封装，所以无法实现对数码管的点亮，后来发现是版本问题。

5.2计时器设计、安装、及调试中的体会

在电路设计时，没有考虑到触发器的延时效应，导致做出来的电路无法进行控制，没有实现设计要求。后来对电路进行了修改，但也只是在实验箱上实现计时器功能，并没有重新制作计时器电路板。

6.对本次课程设计的意见及建议

在对电路板的调试过程中，发现实验室的芯片很多都是坏的，浪费了大量的时间进行检测。希望下次能够按班级提供芯片，回收芯片，这样既能避免芯片的浪费，也能节约大家进行调试的时间。

7.附录

附录一：计时器电路原理图

附录二：红绿灯电路原理图

附录二：红绿灯FPGA图