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主要内容与要求 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10s。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、 复习归纳触发器、计数器的逻辑功能2、 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)

2、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)74133-8线译码器/多路转换器3-To-8-Li ne8Demultiplexer7415双4选1数据选择器/多路选择器Dual 4-to-1 Data3Sel/MUX7419同步可逆计数器（bed,二进制）Syn chr onous2Up/Dow n Coun ter3、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

3、向黄灯亮，时间5s ；3、 南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间10s ；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：51、 东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s ；52、 东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s ；53、 南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间10s ；54、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R= 2东西G= 2东南西北Y= 4东西R = 2南北G= 2注:R, G, B =

4、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4 3 12个灯。2、输出指示灯状态设计（显示电路）【图1】、主电路实现 S1 TS2TS3状态的转换,tJ 、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 S1 = 15S , S2= 5S, S3 = 10S 、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

5、计数。 、S1-S3使用2个7473替代的T触发器。【图2】CLOCK CLK=CKCP=CPOCLEARJ4>1CLK1J1CLRHIKIQVCCGND>2CLK2K£CLRJ2Q2J1A731£1110J1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:S1R S1 S4sig si?S4（不能出现红绿同时亮的情况）S2Y S2?S4（不能出现红黄同时亮的情况）S3R S3 S4S3G S3?S4（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（

6、8421码）2个方案对比【表2】万案项目实现方法优点缺点 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 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，不固疋T2 个 74192容易处理，可计数器显示数值综合考虑，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】1盟时钟猿号1HZ函数裳生幣1时轴控制系轨时序塚控制74190*3JKFFT473/判新对VK Sk凿择741E3状态轧换鼠反GLK猜零使能ECLEE mriTffCTiry 电平

7、开关掘出调整电路G6-G10LED显示电踣 LEDREG各生个总体模块设计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S1 S2 S3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Sx LED，翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态：S1R,S1G,S2Y,S3

8、R,S3G5、 输出调整电路，令紧急电平开关控制LED 的状态。四、总电路工作原理与元器件清单1 总原理图【图 4】* &-791 Q1/7473© QO/74 芒日 774192 0/7192 ECLR o0/74192(2) ECLA/74153G37153Q0/74pZQ1/7473lb151£7.S1GXvccE旳1C3A1022C31C12C2ICO旳IY2C0GND£Y111血_II?1EBvccQBACLRDOWN眇UPC0fGCi_gr的cGNDD72 (2)1413L4kr34k_4>1CLKtl1CLRJ迪1H1UvccQJli&

9、gt;2CLK2K2CLF£Q2J2Q;7473VCCYOY1G2AZY2G2BY3G1丫 4Y7Y5GMTY674130EmeraecvtActive HIGHT)Spate69 S1R1GG1°3R5) AE merr g en cif)S3G10 / 43(iu J1 Hz/rn% &74192RzGOG1个也BvccQBAQACLRDOWNEO7IJPCO,QC1_0呵ttEcNDD15/5ZZI.13V，IE:Hin574192®TC0(7erminal Count Up (Ca7/) Line)了 S2 S3S2Y® S2 S3-CR

10、MCGS3r a1东¥ o-2GS12 .电路完整工作过程描述（总体工作原理）EC使能LR【图5】Bmorgonr y 电甲开关i时材控制系红CaxiV/1 Line时序盟控制醍泽5 LET.74192*3JKFF7473 ©QC/773>CL/7473译匹器74138| 3线C4L92（2）t71/7473A'Drcu r rm Inal CDunt Up3:"IT BT£Enry）旳现更讨 Sx状恋转换 ®ECLR/71E3迭择岩了41旺-亦爰疝谊出调密电路C6-S1O®EGLR/74153数据线分配LED显示电略L

11、EDREG各4个【表3】数据线连接序号名称触发方式条件输出源输入A(Emerge ncy)1紧急状态信号紧急、电平幵关741383CG91G101B/741921判断个位达到574192G074153BC/74192(2)1判断十位达到174192(2)3QA7415341C2112C1132C3TCU(Termi na l Cou nt Up (Carry) Line)个位从910同时输出一个脉冲7419212CO或称TCU'74192(2)5UP或称CPUECLR/74153清零使能1B、 C/74192Q0、Q1/7473的逻辑函数74153G474192G174192(2) G

12、2Q0/74730,1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）B Q2Q07419277419267419227419237419274192BQ3Q2Q1Q。数码管B000000001100102001130100401015101106011171000810019注：不填=0【表5】74192（2）工作状态（十位）C Q07419277419267419227419237419274192BQ3Q2Q1Q0数码管C00000000111注：不填=0【

13、表6】7473工作状态（双T触发器）用JKFF构成TFFK o J oToQoK1 J1TQoQ1则有：使2个T触发器的4状态循环变为3状态循环，使用Qi Qo作系统状态CLK。CLKi由选择器74153判断747392Q121Q747382Q ' 131Q '状态Q1 QoQ1 Qo持续时间S1001115SS2011o5SS311oo1os【图6】状态转换图【表7】74153工作状态(数据选择器)PINA Qo 7473B B 7419210a I1a I0b I2b 0I2a I3a I1b I3b C 74192Ea Q1 7473Eb Q? 7473 ECLR/741

14、53 1Y 2Y输入输出747374153174153274153174192(274153G92Q14)421Q状态Q1 Q0ABEaC ECLRS100010C I 2a1S201110C 13a1输入输出747374153174153274153174192(274153G92Q145)421Q状态Q1 Q0ABEbC ECLRS3111X01状态CLKS110011S21011XS3111X1PIN ECLR/74153 CLK 1Y 2YE选通输入En able (ActiveLow) In putI0,I1数据输入MultiplexerIn putsZ输出MultiplexerOu

15、tputh o b b b b b E SI3I2Mloz161514uL£utt iCGAM32OYC2 c c X c 2> 2 p- p- 2/ 3 2 10dD1 GB1C1 rlC1C1YGN£Y345£7e74153【图7】3 1 3 -a 0 Q E _SI3H HIOESO选择输入Com monSelect In putTRUTH TABLESELECT INPUTSINPUTS 忖 or b)OUTPUTSoSiE»0hhzXXXXxXLLLLXXXLLLLHXXXHHLLXLXXLHLLXHXXHLHLXXLXLLHLXXHXH

16、HHLXXXLLHHLXXXHHH = HIGH Voltage Level L LOW Voltaga Level X > Don t Care 呂1 ha 5、亍 4 1俎 S 百。*(3a 备 So)兀耳Oob 3鬲# hb缶氐亠虬号念Jhb Si So)74153 Turth Table 【图8】LOGIC SYMBOL1 1 1 1 1 1 1 M 1Ea Ita ha >2& haSoot hb kt !|33 Et>Sa,TT1421 S 5 4 310 11 12 13 15Vcc= PIN 1GND = PINB74153 Logic Symbol

17、【表8】74138工作状态（3-8线译码器）74153PIN321输出LEDLEDLEDLEDLED74153NameCBAYS1RS1GS2YS3RS3GS1000Y011S2001Y11S3011Y311S4100Y411101Y511110E1111111S1RS1 S4丫0 C/74192(2)S1GS1?S4丫0S2YS2?S4丫1S3RS3 S4丫3 C/74192(2)S3GS3?S4丫3由于74138输出的是Y而不是Y,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】Function TablesDM74LS13SInputsOutputsEnableSe

18、leclG1G2NO1O1)CBAYO¥1¥2Y3初V5Y6Y7XHXXXHH'HHHHHHLXXXXHHHHHHHHHILLLLLHHHHHHHHLLLHHLHHHHlHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLHHHHHLHLLHHHHLHHHHLHLHHHHHHLHHHLHHLHHHHHHLHHILHHHHHHHHHHL74138 Turth Table 【图10】S0=A0S1=A1S2=A2ABCG2G2aY7GNAxByccYOYl¥2r3Y4Y5y6161513IE109*CCConnection DiagramsDW74L5134 MT

19、4 WPU 咋I P I FECG*E*右"I V?3 口、icwW-UUKTCHMH±7413874138 Co nn ection 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(74LS192十进制、LOAD低电平有效12)7415374LS1532组数据4选1选择器1使能端Ea、Eb低电平有效747374LS73J= K = T, 2个T触发器17413874LS1383-8线译码器1GO74LS00+74L2输入与门1S04G1、G274LS0

20、02输入与非门1G3、G6、74LS042输入非门1G7、G8G4、G9、74LS02+74L2输入或门1G10S04G574LS862输入异或门1五、仿真调试与分析仿真使用EWB5.121、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

21、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，也不允许从导线幵始延伸到端点。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。9 、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。0)0177473(8)C)Q0/74r3S?C&B/74192S?Cl>

22、;C/74192(!?C1>ECLR2、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PIN747397473 71274192G04192(2)34153数G4攵码管数攵码管LEDLEDLEDLEDLEDNameQ1(Q0B个位C十位ECLR十位个位S1RS1GS2YS3RS3GS00000000000S0 S1000101011000S1 = 15s000-10-100-10-511000S1t S200 10 111151 01 00 100S2= 5s0100001-500100S2

23、 S30 110 10105001 00 10 1S3 = 10s1100001-900011S3 S11 01 000 11100 10 101 01 0S4110000-1X100101 = High Level0 = Low LevelX= Don ' t Care=None0-5=0 To 5【图12】仿真截图见下一页C：COb n 心底 aciirX B/7U 5330741 g： SeclirQ QSI&7it 沁 cm 泄& lrOS2ra 6<5r r gSJ 护 31虫L&2 <H3R-0GR 东¥ AG OqWR Y G

24、SO:没有打开电源的状 态On*右切R ¥ GIt33Or 貝一 两曲R Y G OO穷 S3 SS51S283pd】切R Y GItS1CrS3亠+丫西S1.2 te-r南F? ¥ GQS1:东西方向绿灯亮， 南北方向红灯亮，时间 15soSO, 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10o 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5so数码管最大显示为 04,出 现“ 05”的瞬间进入下一 状态。（S3）5ur r G 北芒;©叱龙勺吓打.C臂町处打“”

25、疋帥比生Q 0 CO/MZJ（温17M »Q）C/r*197© CCLff O Qon* MR Y G 4tS2 g-r1rHfR 4 东¥ Q'G 531 _1b=Xjrr-QG南卜'f G oo1T S2 &3卜.SI S2 SIS3：南北方向绿灯亮， 东西方向红灯亮，时间l0so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

26、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显示申路设计521个7473替代的T触发器,5.2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）1111r5f 1 U厶 一| L I八心I 1）174192（2） 工作状态（十位）11112P67473工作状态（双 T触发

27、器）126" I " 7 l L | | 1 OU1PIT /状态转换图1 1L137八心、V ,V74153 工作状态（数据选择器）14f7'' 1 w1 1 y 川匕、 匕夕久少 口心三1 P IT )'74153 Turth Table148i r T wO 1 VI1 11 11 JkjHD74153 logic SymbolI I158f l 1Iw Oy 1 1 1 MW 174138 工作状态 (3_8 线译码器)1169r *T 1L- II 1/V' | 1 V J nFT )74138 Turth Table1 U1610

28、f 1 1 JJ 1 M1 LI 1174 138 Connection Diagrams116r711输出调整电路（G6G10 ）179元件清单1910仿直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2 74LS73说明书3 74LS138 说明书4 74LS153 说明书5 74LS192 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)J

29、KFF1C IZd 114kr*-J戸厂一J厂7CLEAR-£ (3LCLR'IK x/cc >£CLKECLR7 £J丄7lQfIQGND2KEQ£Q'U2-IE411510& (9.J74737473功能输入输出CLRCPJKQnQn 1_ nQQn 1清除0XXX001110维持11XX0110维持1000110异步1100110置110异步置0101001110Toggle切换1J1101101001JK触发器JKQnQn 100011001101001110110Q*J ?KQJK?Q JKQJKQJQKQ1心Of

30、a3EcJ X K=UFunction TableInputsOutputsCLRCLKJKQQLXXXLHH1LL6QqHJ.HLHLHXLHLHH1HHToggleHHXXQoQoH = HIGP logic Level L = LOW Logic LtfvslX = Either LOW or HUGH Logic Level- Negative going ede af pulseQq - The odiput logic level before the indicated n)pui oorxlitions were esiablished.Toggle = Fach output

31、 ciian日ew d the complement of its previous level an each falling edge of tht clock pulse.BLOCK OIAGRAM()Connection DiagramPIN ARRANGEMENTJI QI Q1 GND K± 02 Q21 2CLK 1 CLR 1LJEnmLJEK R K<肾 R JCT 1 1 c X 1Ctxp VJc*：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CLOCK CLKCK=CP=CPOT1i1J>C1IKCLKJ=K=T，则得到T触发器。

32、CLEARJQIK>1CLK1J1CLR;ICTIKIQVCCGND沱CLK2K2CLR?EQ74737473替代的T触发器功能输入输出CLRCPTQnQn 1-nQQn 1清除0XX001110维持11X0110T触发器100110Toggle切换1101101001T触发器TQnQn 100110110Q* TQ TQ741383-8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-Li ne DemultiplexerB cGEGPaY7GN161514131EDecoder/DemultiplexerSQ=AD一S1=A1一S2=A2一斗:6741

33、38Function TablesDM74LS138InputsOutputsEnableSelectG1G2(Note1)CIBAYOY1Y2Y3¥4Y5Y6Y7XHXXXHHHHHHHHLXXXXHHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLHHHHHLHLLHHHHLHHHHLHLHHHHHHLHHHLHHLHHHHHHLHHLHHHHHHHHHHIH = HIGH L«vel L.二 LOW LevelX = Dori'i Care：M(jle1：G2 = G2A + G2B使能端SO = 1

34、，使能；so= 0,禁止S2 = S3 = 0 使能，S2+S3 = 1 禁止。输出Y0 Y7为低电平有效。Logic DiagamsDATA OIITEl 豈Connection DiagramsDM74LS138DAI A DUIPUIbSELECTENABLE74153双4选1数据选择器/多路选择器Dual 4-to-1 Data Sel/MUXDual 4-input MultiplexerC3C2C1C0丫盹IX IL74153vccEGfA2C32C2&C1PCD2YLt1£S0选择输入Com monSelect In putE选通输入En able (Activ

35、eLow) In putEbSO13 b 12b lib 10bZb10,11数据输入MultiplexerIn putsZ输出MultiplexerOutput74153TRUTH TABLESELECTINPUTSINPUTS (a or b)OUTPUTSoSjEI。lihhZXXHXXXXLLLLLXXXLLLLHXXXHHLLXLXXLHLLXHXXHLHLXX1XLLHLXXHXHHHLXXXLLHHLXXXHHH - HIGH Voltage LevelL LOW Voliage Level X Dan tZ划 E® (Iqa & »* h&

36、' & "* a ' S Sq 屮(3aJ 直1 J Sq)Zjj - Eta ' Oob ' 1 '+ hb'' ®0 "fib ' J 5o 4hb So)<；OMNECHON DIAGRAM (TOP VIEW)Eb So乩1由hb也西A A A Fln)MOTE:The财 Bion has eepmoute (Gonn旳ion Di网as tne Dua In-Li" Packaj?12 LI Ld LlI L§JLzJ LLEaSfi 也 be hn 1“乙

37、 GNDLOADING(Note ajPIN NAMESHIGHLOWCommon Select 邮口0-5 ULI.0-25 U.L.EraM訓 Ac恤 LOW - Inpl0-5 UX0-25 U.L.1° hUulljpkriuT InuutiOLLLC.25U.LYu訓脈茁GLlplJ1«U1.5ULLNOTES：aj 1 HL UnitLwd fJL = 40 护 HCM1 £ -nA LCW.LOGIC DIAGRAMOJT©I咕 ha Si S(j Ift !ib1 ®l ®仏 ho為1®VVcc=PN 16

38、费“ PINSQ-PtJ NUMBERSLOGIC SYMBOLEa hh ha 瞎加 *0b hb th 也耳14 -Sofi 5 4 310 11 12 13 15Vcc-PINiGND = PIN674192同步可逆计数器(bed,二进制)PRESETTABLE BCD/DECADE UP/DOWN COUNTER PRESETTABLE4-BIT BINARY UP/DOWN COUNTERSyn chr onous Up/Dow n Decade Coun ters(dual clock lines)Syn chro nous Up/Dow n CounterD1=P1 1Q10CPDCPU02GJ3BvexQBAQACLRDOW测UPCO,QCLOAFQDC(TJI)DE4568D0=PCTC'DTCVLDPL1D2=P274192LS192 LOGIC EQUATIONSFOR TERMINAL COUNTd ilTu一 TCq-l-Qo Qi 6 Q3 CPDVetg CR BOcolu lj2 m'* | 1 14 LI H 1 N丨门r*n 冋 rnLl" uTJl> Q. Q.< PL. Qi<iNPCONNrCTION OUGRAM DIP (TOP