数电课程设计——简易交通灯控制逻辑电路.docx

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。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2、2011.01.08 查找常用器件的资料，包括：型号中文名称英文名称7473双j-k触发器(带清除端)Dual JK FF(Clr)7474正沿触发双d型触发器(带预置端和清除端)Dual D-type FF(pre,clr)741383-8线译码器/多路转换器3-To-8-Line Demultiplexer74153双4选1数据选择器/多路选择器Dual 4-to-1 Data Sel/MUX74192同步可逆计数器(bcd,二进制)Synchronous Up/Down Counter3、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1、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主电路状态S1RS1GS2YS3RS3GS111S21S311S411灯数南北R2东西G2东南西北Y4东西R2南北G2注:R，G，B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、主电路实现S1S2S3状态的转换， 、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、可以用触发器，也可以用锁存器或使能电路。、实现S115S，S25S，S310S方案一、S1-S3使用2个SR锁存器，设置00，01，10三个状态。、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。、使用4个JK触发器，实现16位计数。方案二、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。、S4使用或门、非门实现，从【表1】可知：(不能出现红绿同时亮的情况)(不能出现红黄同时亮的情况)(不能出现红绿同时亮的情况)、使用74192同步可逆10进制计数器（8421码）2个方案对比【表2】方案项目实现方法优点缺点一S1-S32个锁存器简单电平触发，与时钟信号不匹配S4触发器解除紧急（S4）后指定回到S1T4个JK触发器复杂二S1-S32个T触发器下降脉冲触发，与时钟信号匹配S4或门、非门解除紧急（S4）后回到S1/S2/S3任一状态，不固定T2个74192计数器容易处理，可显示数值综合考虑，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S1S2S3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SxLED，翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态：5、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】2电路完整工作过程描述（总体工作原理）【图5】数据线分配【表3】数据线连接序号名称触发方式条件输出源输入A(Emergency)1紧急状态信号“紧急”电平开关741383CG91G101B/741921判断个位达到574192G074153BC/74192(2)1判断十位达到174192(2)3QA7415341C2112C1132C3TCU(Terminal Count Up (Carry) Line)个位从90同时输出一个脉冲7419212CO或称TCU74192(2)5UP或称CPUECLR/74153清零使能1B、C/74192Q0、Q1/7473的逻辑函数74153G474192G174192(2)G2Q0/74730,1状态触发条件7473121Q741381A7415314AQ1/74730,1状态触发条件747392Q741382B7415311G【表4】74192工作状态（个位）7419277419267419227419237419274192B数码管000000001100102001130100401015101106011171000810019注：不填0【表5】74192(2)工作状态（十位）7419277419267419227419237419274192B数码管00000000111注：不填0【表6】7473工作状态（双T触发器）用JKFF构成TFF则有：使2个T触发器的4状态循环变为3状态循环，使用作系统状态。由选择器74153判断。747392Q121Q747382Q131Q状态持续时间S1001115SS201105SS3110010S【图6】状态转换图【表7】74153工作状态（数据选择器）输入输出747392Q121Q741531474153274153174192(2)74153G4状态CECLRS1000101S2011101输入输出747392Q121Q7415314741532741531574192(2)74153G4状态CECLRS311101状态S110011S21011XS3111X1S0选择输入Common Select InputE选通输入Enable (Active Low) InputI0,I1数据输入Multiplexer InputsZ输出Multiplexer Output【图7】74153 Turth Table【图8】74153 Logic Symbol【表8】74138工作状态（3-8线译码器）74153PIN321输出LEDLEDLEDLEDLED74153NameS100011S20011S301111S410011101111101111111由于74138输出的是而不是，另外需要实现+的逻辑，所以增加G6G1来调整线路。后一页附图。【图9】74138 Turth Table【图10】74138 Connection Diagrams【图11】输出调整电路（G6G10）【表9】3元件清单元件序号型号主要参数数量备注7419274LS192十进制、LOAD低电平有效174192(2)74LS192十进制、LOAD低电平有效17415374LS1532组数据4选1选择器使能端Ea、Eb低电平有效1747374LS73JKT，2个T触发器17413874LS1383-8线译码器1G074LS00+74LS042输入与门1G1、G274LS002输入与非门1G3、G6、G7、G874LS042输入非门1G4、G9、G1074LS02+74LS042输入或门1G574LS862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：、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。、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。、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。 、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。 、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，“五1”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PIN7473974731274192G074192(2)374153G4数码管数码管LEDLEDLEDLEDLEDName个位十位十位个位S00000000000S0S1000101011000S115s000-10-100-10-511000S1S200101111510100100S25s0100001-500100S2S301101010500100101S310s1100001-900011S3S11010001110010101010S4110000-1X100101High Level0Low LevelXDont CareNone0-5=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）S3：南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s。数码管最大显示为09，出现“10”的瞬间进入下一状态。（S1）S4：如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。此状态，有且仅有所有红灯为1，红绿灯不受主电路状态影响。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、表目录页码表序号图序号名称31主电路状态与指示灯状态转换41显示电路设计521个7473替代的T触发器52方案对比63总体模块设计84总原理图95数据线分配103数据线连接11474192工作状态（个位）11574192(2)工作状态（十位）1267473工作状态（双T触发器）126状态转换图13774153工作状态（数据选择器）14774153 Turth Table14874153 Logic Symbol15874138工作状态（3-8线译码器）16974138 Turth Table161074138 Connection Diagrams1611输出调整电路（G6G10）179元件清单1910仿真中的关键逻辑电平记录2012仿真截图七、参考文献1数字电子技术基本教程 清华大学出版社 阎石274LS73说明书374LS138说明书474LS153说明书574LS192说明书附录2- 5项。274LS73说明书 第23页7473替代的T触发器 第25页374LS138说明书 第26页474LS153说明书 第28页574LS192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)JKFF7473功能输入输出清除0XXX001110维持11XX0110维持1000110异步置1110011010异步置0101001110Toggle切换11101101001JK触发器000110011010011101107473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。7473替代的T触发器功能输入输出清除0XX001110维持11X0110T触发器100110Toggle切换1101101001T触发器0011011074138 3-8线译码器/多路转换器双列直插16脚3-8线译码器3-to-8 DEC3-To-8-Line DemultiplexerDecoder/Demultiplexer使能端S01，使能；S00，禁止。S2S30使能，S2+S31禁止。输出Y0Y7为低电平有效。74153双4选1数据选择器/多路选择器Dual 4-to-1 Data Sel/MUXDual 4-input MultiplexerS0选择输入Common Select InputE选通输入Enable (Active Low) InputI0,I1数据输入Multiplexer InputsZ输出Multiplexer Output7415374192同步可逆计数器(bcd,二进制)PRESETTABLE BCD/DECADE UP/DOWN COUNTER PRESETTABLE 4-BIT BINARY UP/DOWN COUNTERSynchronous Up/Down Decade Counters(dual clock lines)Synchronous Up/Down Counter