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1、数字逻辑课程设计报告数字逻辑课程设计报告姓姓 名：名： 学学 号：号： 选课号：选课号： 一、设计题目一、设计题目交通灯控制器二、设计要求二、设计要求1东西方向为主干道，南北方向为副干道；2主干道通行 40 秒后，若副干道无车，仍主干道通行，否则转换；4换向时要有 4 秒的黄灯期；5南北通行时间为 20 秒，到时间则转换，若未到时，但是南北方向已经无车，也要转换。6附加：用数码管显示计时。三、设计过程三、设计过程1交通控制灯总体设计方案交通控制灯总体设计方案整个交通控制灯电路可以用主控电路控制交通灯电路的亮灯顺序，用计数器控制亮灯时间并给译码器输入信号以便数码管显示时间，用函数发生器产生频率为
2、 1Hz 的矩形波信号以供计数器计数。框图如下：显示器显示器 主干道主干道信号灯信号灯计数器计数器 主控电路主控电路 信号灯信号灯 副干道副干道单位脉冲单位脉冲 信号灯信号灯 十字路口车辆运行情况只有 4 种可能（在副干道有车时）：(1)(1)设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为 40s。(2)(2)40s 后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为 4s。(3)(3)4s 后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为 20s。(4)(4)20s 后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，
3、持续时间为 4s。4s 后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制电路也有 4 种状态，设这 4 种状态依次为：S0、S1、S2、S3。即：40S 后副 干道有车主干道绿灯亮，副干道红灯亮计 数器由 0 到 40 递增计数（S0）40S 后副干 道无车20S 后副干 道有车主干道黄灯亮，支干道红灯亮计 数器由 0 到 5 递增计数(S1)主干道红灯亮，支干道黄灯亮计 数器由 0 到 4 递增计数(S3)主干道红灯亮，支干道绿灯亮计 数器由 0 到 20 递增计数(S2)未过 20s 但副干道 已无车状态转换图如下：S0S1S2S340s 后4s 后20s 后4s 后状态转换图 这四个状
4、态可以用用一个 4 进制的异步清零计数器(74LS160)进行控制并作为主控部分，控制亮灯的顺序。再用两片计数器(74LS160)控制亮灯时间，分别计数 40、20、4。2主控电路主控电路副干道无车20s 未到，但已无车主控电路是由一块 74LS160 接成的 4 进制计数器，即当 QC 为1 时用异步清零法立刻将计数器清为零，同时，另外两片 74LS160计数器产生的清零信号与主控电路的计数器的计数 CLK 连接，即当计数器一次计数完成后（一种的状态的亮灯时间过后） ，计数器清零，同时主控电路 CLK 接收一个脉冲，跳至下一状态。如此循环变可实现四个状态的轮流转换。3计数器计数器计数器的作用
5、：一是根据主干道和副干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行 40s、20s、4s 3 种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。计数器除需要单位脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态 S0 时开始40s 计数；若在 S0 状态的 40s 过后，副干道没有车，则使主控制器始终清零，保持在 S0 状态（单刀双掷开关处于高电平） ，继续保持主干道路灯亮，副干道红灯亮。40s 后如果副干道有车，则恢复主控制器正常状态（单刀双掷开关处于低电平） ，计数器产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归
6、零，主控制器进入状态 S1，计数器开始 4s 计数，4s 后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态 S2，计数器开始 20s 计数；如果副干道一直有车则 20s 后也产生归零脉冲，使主控制器进入 S3 状态，如果在 20s 内没有车，则给主控制器传送一个脉冲信号（即按下按键开关，此时单刀双掷开关处于低电平） ，使主控制器直接跳到 S3 状态，同时计数器清零，计数器又开始 4s 计数；4s 后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态 S0，开始新一轮循环。根据以上分析，设 40s、4s 、20s、4s 计数的清零信号分别
7、为A、B、C，D，S0 状态时副干道有车信号为 P，S2 状态时副干道有车信号为 Q，则计数器的归零信号 S 为： S=A+B+C+D+QA=（Q2 高位）0X1XB=(Q1 高位)0X1XC=(Q2 低位)0X1XD=(Q2 低位)0X1XQ=1主控制器的归零信号为： P=10X1X电路图如下：4灯控电路灯控电路主控制器的 4 种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。设灯亮为 1，灯灭为 0，则交通控制灯的译码电路的真值表如下：交通控制灯的译码电路的真值表主控制器状态主干道支干道X1 X0红灯 R 黄灯 Y 绿灯 G红灯 R1 黄灯 Y1 绿灯 G1S0 0 0 S1 0 1S2 1
8、 0S3 1 1 0 0 10 1 01 0 01 0 01 0 01 0 00 0 10 1 0由真值表可写出六盏等的逻辑式,经化简获的六盏灯逻辑式为：1101011010111RXYX XGX XRXYX XGX X根据灯控函数逻辑表达式,可画出由与门和非门组成的状态译码器电路,如图所示。将状态控制器，与三色信号灯相连接，构成三色信号灯逻辑控制电路，如图所示：5交通控制灯原理图交通控制灯原理图元件清单为：元件名称元件个数备注计数器 74LS1603 块CLK 低电平有效与门10 块与非门1 块非门6 块或非门2 块按键开关1 个按下自动弹回单刀双掷开关1 个7 段数码管2 块自带译码器函数
9、发生器1 块频率调至 1Hz交通灯6 个红、绿、黄灯各 2 个674LS160 功能简介功能简介74LS160 芯片是一个具有清零、置数、保持、十进制计数等功 CLR 是清零端，低电平有效； CLK 是脉冲输入端口，低电平有效；（一般情况下 CLK 为高电平有效，本次实验的 CLK 是低电平有效，设计电路要特别注意） ABCD 数据输入端； LOAD 为预置端，低电平有效； QaQbQcQd 数据输出端； ENP，ENT 使能控制端； RCO 为进位输出端。能的计数器。其引脚图如下：74LS16074LS160 真值表真值表清零预置使能时 钟预置数据输入输出R DL DEP ETCPD 3 D
10、2 D1 D0Q 3 Q2 Q1 Q0工作模式011110111 0 01 1 d3 d2 d1 d0 0 0 0 0 d3 d2 d1 d0保 持保 持十进制计数异步清零同步置数数据保持数据保持加法计数四、设计结论四、设计结论1数码管时序图数码管时序图上图是 0-18s 的时序图，0-10s 内，低位从 0 变到 9，高位为0，当低位从 9 变为 0 时，高位从 0 变为 1，低位继续计数至输出39。2主控制器时序图主控制器时序图当高位计数至 3、低位计数至 9，即过了 40s，S0 状态结束，主控制器由 00 变为 01，同时高位与低位同时清零，进入状态 S1 的计数，4s 后，主控制器由
11、 01 变为 10，进入状态 S2，同时高位与低位同时清零，进行 20s 的计数，之后进入 S3 状态，最后再回到 S0 状态，如此循环。3交通灯时序图交通灯时序图当 40s 时，主控制器由 00 变为 01，则主干道绿灯灭，副干道不变，在主控制器为 01 的 4s 内，主干道黄灯一直亮，4s 后，主干道黄灯灭，红灯亮，副干道由红灯变为绿灯，进入 S2 状态；S2 状态结束时已经是总第 64s，进入 S3 时，主干道维持不变，副干道绿灯灭，黄灯亮，由 S3 进入 S0 时，主干道红灯灭，绿灯亮，副干道黄灯灭，红灯亮，然后重复。4特殊情况（副干道无车）时序图特殊情况（副干道无车）时序图当主干道通
12、行时，40s 后副干道无车，则将单刀双掷开关拨至高电平(图中双掷开关一直处在高电平)，由上图可以看到 40s 后主控制器仍处在 S0 状态，两个数码管归零，重新计数。当单刀双掷开关拨至低电平，在 S2 状态内（总第 44-64s 内） ，若副干道无车，则按下按键开关，给一个脉冲（由于时间极短，原图中未能显示，上图中的脉冲式加上去的，便于观察） ，则主控制器直接跳入 S2 状态，同时译码管归零，重新开始 S2 状态的计数。5结果分析结果分析通过以上分析，交通控制灯的要求全部实现。6设计中遇到的问题设计中遇到的问题（1 1）交通 74LS160 的 CLK 是低电平有效，设计的时候应特别注意；（2
13、 2）刚开始设计时，把低位 74LS160 的 RCO 通过反相器连到高位的 CLK 上，结果发现当低位数码管显示 9 时，高位已经变成 1，后改成现在的连接方式，即并行级联方式。脉冲（3 3）刚开始总的设计思路总想不出来，后来通过翻阅有关书籍和上网查询，最终确定了试验总体思路；（4 4）实验中 CLK 的产生本应使用 555 定时器，但没有调出来，由于电子实验课上使用的是 1Hz 的函数发生器产生脉冲，故本实验也采用这种方式。7设计心得和体会设计心得和体会本次实验采用 multisim 搭建电路，最后仿真成功。设计过程中出现了不少问题，因为根本就不知道从哪里入手，虽然课本上有很多理论知识，但仅仅有理论的指导而没有实践能力是不行的，自己的动手能力差，对所学知识的理解和灵活运用的能力还远远不够，虽然最后解决了所有的问题，但自己的不足也显现了出来。通过这次实验，我认识到了自己在学习上暴露出来的问题，知道了对知识的理解不能仅仅的停留在书本上，还要在实践中检验，相信通过以后的学习，自己会不断提高自己实践能力。
