数电课程设计——简易交通灯控制逻辑电路-(1)教学教材

数电课程设计——简易交通灯控制逻辑电路-(1)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y1、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灯数 南北R ＝2 东西G ＝2 东南西北Y＝4东西R ＝2 南北G ＝2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1234=⨯个灯。

2、输出指示灯状态设计（显示电路）【图1】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 +=S•4G=(不能出现红绿同时亮的情况)33SS③、使用74192同步可逆10进制计数器（8421码）2个方案对比【表2】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（Terminal Count 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：,3,2S31,1,SRSGRYSSG5、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】精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除2．电路完整工作过程描述（总体工作原理）【图5】数据线分配▲数据线连接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＝07473工作状态（双T 触发器）用JKFF 构成TFF⎩⎨⎧===⊕===011110000Q T J K Q Q T J K 则有：()⎩⎨⎧⊕=⊕⊕=1011100**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。

7473[9]2Q[12]1Q7473[8]2Q ’[13]1Q ’状态 1Q 0Q 1Q 0Q持续时间 S1 00 11 15S S2 01 10 5S S3110010S【图6】状态转换图▲74153工作状态（数据选择器）()()()()()2Y 1Y ECLR/74153⑤7473747374192074192⑦7473⑥11313220100+=============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 PIN2Y 1Y ECLR/74153⑤+==CLK PINS0选择输Common Select入 InputE 选通输入 Enable (Active Low) Input I0,I1 数据输入 Multiplexer Inputs Z 输出Multiplexer Output【图7】74153 Turth Table ▲【图8】74153 Logic Symbol▲74138工作状态（3-8线译码器）()()y)A(Emergenc ①73737473⑥10===C Q B Q A PINC/74192(2)③4110+=+=Y S S R S0411Y S S G S =•=1422Y S S Y S =•=C/74192(2)③4333+=+=Y S S R S3433Y 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G6～G1来调整线路。

后一页附图。

74138 Turth Table▲【图10】74138 Connection Diagrams▲【图11】输出调整电路（G6～G10）▲【表9】3．元件清单元件序号型号主要参数数量备注74192 74LS192 十进制、LOAD低电平有效 174192(2) 74LS192 十进制、LOAD低电平有效 11 74153 74LS153 2组数据4选1选择器使能端Ea、Eb低电平有效7473 74LS73 J＝K＝T，2个T触发器 174138 74LS138 3-8线译码器 1G0 74LS00+74LS04 2输入与门 1 G1、G2 74LS00 2输入与非门 174LS04 2输入非门 1 G3、G6、G7、G8G4、G9、74LS02+74LS04 2输入或门 1 G10G5 74LS86 2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PIN7473[9]7473[12]74192[G0]74192(2)[3]74153[G4]数码管数码管LED LED LED LED LED Name ⑦1Q⑥0Q②B个位③C十位⑤ECLR十位个位RS1GS1YS2RS3GS3 S0 0 0 0 0 0 ——0 0 0 0 0 S0→S1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 S1＝15s 0 0 0-1 0-1 0 0-1 0-5 1 1 0 0 0 S1→S2 0 0→1 0→1 1 1 1 5 1→0 1→0 0→1 0 01＝High Level0＝Low LevelX＝Don’t Care—＝None0-5=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 JK FF(Clr)JKFF功能输入输出CLR CP J K n Q1+nQ nQ1+nQ 清除0 X X X 0 0 1 11 0维持 1 1 X X 0 11 0维持1↓0 00 11 0异步置11 ↓ 1 0111 0异步置01 ↓0 1111 0Toggle切换1 ↓ 1 10 1 1 01 0 0 1JK触发器J K n Q1+nQ0 011 0110 111 10 11 0QKQJQJKQKJQKJQKJQ+=++•+•=*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。