实验一 简易交通灯电路的设计

实验一简易交通灯电路的设计

一、实验目的

1、了解循环码节拍分配器的工作原理、设计方法及应用。

2、实现简易交通灯电路的设计。

3、学会用Multisim 2001设计简易交通灯电路

二、实验原理说明

1、节拍分配器工作原理

如图1所示，节拍分配器是由N级触发器组成的计数器和N线译码器组成，对应计数器的2n个状态，译码器使2n个输出端只有一个输出端呈现有效电平。在时钟脉冲的作用下，计数器改变状态，译码器的各个输出端就轮流出现有效电平。

当计数器是循环计数器时，该节拍分配器就称为循环码节拍分配器，常用于计算机通信设备中。图2为由J-K触发器构成的节拍分配器。

图2 由J-K触发器构成的节拍分配器

(1)、写出触发器的控制函数及电路的输出函数；

(2)、写出触发器的状态方程；

(3)、作出电路状态转换表及转换图；

(4)、画出逻辑电路。

2、节拍码分配器的应用

基于节拍分配器的原理，可以设计彩灯控制器。利用译码器的各个输出端去控制不同的彩灯亮或不亮。当有两个彩灯连在一端时，就会两个两个的亮，余其类推。当在一个彩灯环中有多组彩灯时，把每组的同个颜色的连接在同一端就会产生循环移动的情形。但要考虑驱动问题。

三、实验仪器及器件

仔细查看数字电路实验装置的结构：直流稳压电源、信号源，逻辑开关，逻辑电平显示器，元器件位置的布局及使用方法。具体实验设备与器件有：

1、直流稳压电源

2、双踪示波器

3、数字万用表

4、实验箱

5、主要参考器件 74LS193 (1片) 、74LS138 (1片)、其他逻辑门电路若干。

四、实验内容

1、设计一个循环节拍分配电路—简易交通灯电路。

基本要求：

（1）、3个输出端分别表示红、绿、黄三灯，交通灯亮的顺序是红、黄、绿、红、黄、绿单向循环点亮。（2）、输出用发光二极管显示。

（3）、三种灯亮的时间是红、绿灯每次亮l0s,黄灯每次亮5s；

提高要求：

（1）、有3个输出端分别表示红、绿、黄三灯，交通灯亮的顺序是红、黄、绿、黄、红依次循环点亮。（双向循环）

（2）、具有手动控制功能，能使某种颜色的灯亮时间为定值；

设计提示：

利用节拍分配器原理设计此电路，由计数器和译码器实现红绿灯按红、黄、绿、黄、红顺序依次循环．计数器由统一的时钟脉冲控制，本次实验红灯、绿灯与黄灯亮的时间比为2:1，故可利用译码器的两个输出管脚表示红灯及绿灯，一个输出管脚表示黄灯，通过改变CP频率，即可实现实验要求。此外，加入控制信号P使CP=CP1*P，则当P=1时，实现自动控制；当P=0时，实现手动控制。

2、借助MultiSim2001仿真软件检验设计结果，并做出分析。

3、在实验现场验证所设计电路结果

五、预习要求

1、设计一个简易交通灯控制电路。写明设计过程，画出逻辑图，从所给芯片中选用所需要的。画出接线

图并注明管脚号码。

2、熟练使用仿真软件Multisim并进行仿真。

六、实验注意事项

1、74LS138译码控制端E1E2E3 =001才可译码，译码输入端是C、B、A由高到低。

2、译码器输出低电平有效，要考虑发光二极管的极性。

3、74LS193清零端是高电平有效。

七、设计报告要求

1、选择设计方案，画出总电路原理框图，叙述设计思路。

2、单元电路设计及基本原理分析。

3、提供参数计算过程和选择器件依据。

4、记录调试过程，对调试过程中遇到的故障进行分析。

5、记录测试结果并做简要说明。

6、设计过程的体会与创新点、建议。

7、元件清单。

八、思考题

1、上述交通灯电路如果要求灯亮时间可调该如何设计？

2、试应用节拍分配器原理设计一彩灯循环电路，要求六彩灯循环。