数字逻辑与数字系统课程设计

目录第一章 概述第二章 方案论证2.1信号灯转换器22.2倒计时计数器32.3倒计时计数器与信号灯转换连接32.4秒脉冲产生电路42.5电路测试与仿真7心得与体会8西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页第一章 概述城市十字交叉路口为确保车辆、行人安全有序地通过，都设有指挥信号灯。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通、提高道路事故有明显效果。因此，如何采用合适的方法，使交通信号的控制与交通疏导有机结合，最大限度缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况。以下就是一个交通灯控制系统的电路原理、设计和仿真测试等问题。要求如下：（1）在十字路口两个方向上个设置一组红、黄、绿信号灯，其中，绿灯亮的时间为 8s，黄灯亮的时间为 2s；（2）在绿灯转向红灯的过程中，先由绿灯转成黄灯，黄灯亮完 2秒后，迅速换回红灯亮，同时也让对方由红灯转为绿灯。（3）如果发生特殊事情，可以手动按下开关，其中一个方向常亮绿灯，倒计时停止。特殊事情结束后，可手动按下开关，恢复正常状态。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页第二章总体方案设计根据实验要求，智能交通灯系统应由信号灯转移、倒数计时器、秒脉冲信号三部分组成，其原理如下：单元电路设计2.1信号灯转换器用以下六个符号分别代表东西（A）和南北（B）方向上信号灯的状态：GA：东西方向上绿灯亮； GB：南北方向上绿灯亮；YA：东西方向上黄灯亮； YB：南北方向上黄灯亮；RA：东西方向上红灯亮； RB：南北方向上红灯亮。信号灯状态 S有以下状态：S1：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮；S2：东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮；S3：东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮；S4：东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。由计算可得出：GA=Q1nQ0n YA=Q1nQ0n RA=Q1nGB=Q1nQ0n YB= Q1nQ0n RB= Q1n电路图如下：东西方向G Y G倒计时计时器 信号灯转换器T5秒脉冲发生器 T0南北方向G Y G西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页2.2倒计时计数器计数器应选用集成电路 74190芯片，它是十进制同步可逆计数器，具有异步并行置数功能、保持功能。74190 没有专用的清零输入端，但可以借助QA、Q B、Q C、Q D的输出数据间接实现清零功能。74190 芯片的功能如下：CTEN D/U CLK LOAD A B C D QA QB QC QD 0 A B C D0 1 1 减计数0 0 1 加计数1 1 0 0 0 0得以下电路图：2.3倒计时计数器与信号灯转换连接西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页2.4秒脉冲产生电路秒脉冲产生电路的功能是产生标准秒脉冲信号，主要由振荡器和分频器组成。振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精准度决定了计时器的准确度，可由石英晶体振荡电路或 555定时器与 RC组成的多谐振荡器构成。一般来说，振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大，故在设计时，一定根据需要设计出最佳电路。石英晶体振荡器具有频率准确、振荡稳定、温度系数小的特点，但如果精度要求不高的时候可以采用 555构成的多谐振荡器。振荡器产生的时间信号通常频率很高，要使它变成“秒”信号，需要用分频器来完成。其功能主要是产生标准的秒脉冲信号，即每秒产生一个时钟上升沿，频率为 1Hz。分频器的级数和每级的分频次数要根据振荡频率及时基频率来决定。若选用的时基频率为 1kHz，可采用三级 74160做分频器。74160 是一个十进制加法计数器，其功能表如图：74160的功能表CLR LOAD ENP ENT CLK A B C D Qa Qb Qc Qd0 X X X X X X X X 0 0 0 01 0 X X X X X X A B C D1 1 1 1 X X X X 计数此例的秒脉冲产生电路主要由一个 555定时器和三个十进制计数器 74160构成。其中，555 定时器由 RC组成多谐振荡器，三个计数器 74160组成分频器。电路如图：西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页电路中多谐振荡器输出的是 1kHz脉冲信号，此信号作为第一级计数器的时钟信号。计数器的 4个使能端 ENP、ENT、LOAD、CLR 均接高电平。由于 74160是十进制计数器，因此计数器每计数满 10次有一个进位信号，此信号即为经第一级计数器分频后得到的 100Hz脉冲信号，将这个信号接在下一级计数器的时钟信号端 CLK则可实现继续分频，经两个 74160逐级分频后依次得到 10Hz和1Hz的脉冲信号。用两个四通道的示波器可以清楚地看到四个脉冲信号的波形图，如图：西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页第四个计数器输出的进位信号即为 1Hz的秒脉冲信号接入交通灯信号控制器作为倒计时的时钟信号，即可形成一个完整的交通灯信号控制器作品。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页2.5电路测试与仿真单击启动按钮，便可以进行交通信号灯控制系统的仿真，电路默认把通行时间设为 10秒，打开开关，东西方向车道的绿灯亮，南北方向车道的红灯亮。时间显示器从预置的 10秒，以每秒减 1，减到“2”时，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，南北方向车道的红灯都不变。减到“0”时，1 秒后显示器又转换成预置的 10秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，南北方向车道的红灯转换为绿灯。减到“2”时，南北方向车道的绿灯转换为黄灯， ，东西方向车道的红灯不变。如此循环下去。如果发生特殊事情，可以手动按下开关，其中一个方向常亮绿灯，倒计时停止。特殊事情结束后，可手动按下开关，恢复正常状态。参考文献1王连英基于 Multisim10 的电子仿真北京北京邮电大学出版社2杨志忠 卫桦林数字电子技术基础北京高等教育出版社西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页心得体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和 multisim连接图。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我深得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。在制作 multisim时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元” 。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远