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2、201

2、1.01.08 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

3、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主电路状态s1rs1gs2ys3rs3

4、gs111s21s311s411灯数南北r2东西g2东南西北y4东西r2南北g2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

5、，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

6、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74

7、73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】第 26 页 共 33 页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)

8、 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

9、【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ceclrs1000101s20111

10、01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ledledledledled74153names10001

11、1s20011s301111s410011101111101111111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-

12、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

13、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

14、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 l

15、evel0low 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

16、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)

17、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

18、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 00110110第 33 页 共 33 页74138 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 mu