数字逻辑与数字电路课程实验报告-交通灯设计

实验二：交通信号灯控制逻辑电路设计

一、实验目的

1.掌握半导体器件的开关特性，正确理解正、负及混合逻辑。

2.熟悉集成门电路和集成触发器的结构，工作原理，主要参数。

3.掌握基本功能电路（编码器、译码器、全加器、多路转换器、移位寄存器和计数器）的

电路结构，工作原理和逻辑功能。

4.掌握组合逻辑电路的分析、设计和验证方法。

5.掌握利用MSI器件设计组合逻辑电路的方法。

6.掌握时序逻辑电路的分析与设计方法。

7.初步掌握脉冲波形产生和整形电路相关原理。

8.初步掌握A/D、D/A转换器件的工作原理。

9.初步了解可编程逻辑器件的工作原理。

二、实验仪器和元件(预习内容)

1、74LS161 6块

2、74LS138 2块

3、74LS04D 2块

4、74LS00D 3块

5、74LS20D 4块

6、实验箱 2个

7、导线若干

三、实验内容及原理(预习内容)

设计原理：

流程图可以表示为：

采用两个状态机。核心思想就是把两个方向分开，只共用同一个时钟信号，这样每个方向值有三个状态，即红绿黄三种灯对应三种状态，每个状态对应的时间分别为50s,40s,5s。这个部分可通过74LS161级联实现。

下面以南北方向为例分析具体内容:

第一个状态Y0为红灯，共计50s，第二个状态Y1为绿灯，共计40秒，第三个状态Y2为黄灯，共计5s.

当计数器74161 计到49s (因为是从0开始计数的)或计到39s且状态为Y1时十位的LOAD’端变为低电平，完成十位的置数(其实此时恰好也是置零的效果);

当个位计到9或计到54且为状态Y1或个位计到4且为状态Y2时个位的LOAD’端变为低电平，完成个位的置数。且个位计到9时十位的ENT, ENP 才变为高电平，开始计数，其他情况下十位处于保持状态;而个位的ENT, ENP 接到VCC上，始终处于计数状态。LED的接口均接到74161的输出端;灯则通过反相器接到74138的输出端(因为输出是低电平有效，而实验箱中的灯是高电平有效)。用作状态计数的74161的ENT和ENP端，只要三个状态的临界状况满足一个即置为高电平，完成状态的计数，且状态计到11 (即第四个状态)刚出现时即使用置数功能。

对于东西方向，思路大致与东西方向相同，因为要使两方向的灯亮情况相协调，所以只需改变状态的顺序，即东西方向第一个状态YO表示绿灯共计45s,第二个状态Y1表示黄灯共计5s，第三个状态Y2表示红灯共计45s。

对于门电路部分,其主要工作其实就是表达式的化简，尽量采用与非表达式(方便搭试电路)，由于其难度不大，此处就不详细写出化简过程。

原理图如下：

1.南北电路：

2.东西电路：

四、实验步骤

1、根据电路原理图连接电路，注意引脚的区分。

2、对电路的各个模块进行测试，检查是否有问题。

4、两块161计数模块本身正常，但是个位的计数置位功能并没有实现，无法实现0-9的循环。

所以没有实现仿真时出现的结果。

五、实验结果分析

要求根据实验目的分析实验设计是否达到要求以及设计方案的优点

实验设计完成了半导体器件的开关特性，正确理解了正、负及混合逻辑。熟悉了集成

门电路（包括非门、二输入与非门及四输入与非门等）的结构，工作原理，主要参数。掌

握了基本功能电路（138译码器、全加器、和计数器等）的电路结构，工作原理和逻辑功能。掌握了组合逻辑电路的分析、设计和验证方法。掌握了利用MSI器件设计组合逻辑电路的

方法。掌握了时序逻辑电路的分析与设计方法。初步掌握脉冲波形产生和整形电路相关原理。

本设计方案思路清晰，线路完整，两路交通灯分别控制，互不干扰；利用74LS161同

时实现计数和控制功能，利用138译码器进行译码和控制电路功能的转换。且两个模块的

电路互相不影响，需要时可以随时改变计数的情况来实现功能。

六、总结与体会

这次设计实验从电路的思路设计过程，到不断修改电路的突发问题，再到后来的简化电路，每一步的完成都使我对数电这门课程有了更加深入的理解，对一些芯片的应用有了经验。虽然最后实际连电路时没有成功，但是在遇到问题时的分析和解决过程让我受益匪浅，也更加让我学会了坚持不懈的意义。同时通过老师的指导，学会了一些在设计电路时的细节。

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