数字逻辑课程设计报告交通灯控制器.docx
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数字逻辑课程设计报告交通灯控制器
数字逻辑课程设计报告
——交通灯控制器
学院名称
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学生姓名
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专业名称
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班级
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实习时间
：
2013年6月3日——2013年6月14日
一、实验目的：
1．掌握时序逻辑电路的设计方法，灵活运用理论知识。
2．提高自己的数字系统设计能力和实际动手能力。
3．了解如何将数字电路设计应用到自动控制系统中，从而提高解决实际问题的能力。
二、实验任务与要求
1.红绿灯交通信号系统外观示意图
2．总体任务及要求
⑴在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一个方向是绿灯、黄灯、红灯；另一个方向是红灯、绿灯、黄灯。
⑵设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上红灯亮的时间是30s，另一个方向上绿灯亮的时间是20s，黄灯亮的时间都是5s。
⑶用两组数码管，实现双向倒计时显示。
3.总时序工作流程图
三、总体方案的设计
1、主控电路
在设计要求中要实现四种状态的自动转换，首先要把这四种状态以数字的形态表示出来，可以通过两位二进制数表示所需状态（00—Gr,01—Yr,11—Rg,10—Ry）,循环状态：
（00—01—11—10—00）。
可以设计一个模为4的计数器，其输出（代表不同状态）既可以循环转换，而且能够控制其他部分电路，所以可以利用74LS74（双上升沿D触发器）设计模4计数器作为主控部分电路。
主控电路
2、脉冲输出部分
脉冲输出部分为555时基芯片构成的多次谐波震荡器，电路原理图如右：
其中器件参数分别为R1=4.7kΩ，R2=150kΩ，C1=4.7μF，C2=0.01μF。
产生的时钟脉冲为周期T=1s的方波。
电容C1充电时，暂稳态持续时间为
tw1=0.7（R1+R2）C=0.7×（150k+4.7k）×4.7μ≈0.5s
电容C1放电时，暂稳态持续时间为
tw2=0.7R2C=0.7×150k×4.7μ≈0.5s
因此，电路输出矩形脉冲的周期为T=tw1＋tw2≈1s
输出占空比为q=tw1/T≈50%
脉冲输出
3、红绿灯显示电路
红绿灯显示是表示电路所处状态，受到主控电路控制，即主控电路的输出（A和B）决定了主干道和支干道的红绿灯的情况。
灯亮用1表示，灯灭用0表示，则有：
A
B
主红（R）
主黄（Y）
主绿（G）
支红（r）
支黄（y）
支绿（g）
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
所以:
R=AY=
G=
r=
y=
g=AB
红绿灯显示电路
4、计时部分电路
设计要求对不同的状态维持的时间不同，而且要以十进制倒计时显示出来。
采用两个74LS161完成计时器状态产生模块设计。
要以十进制输出，而又有一些状态维持时间超过10秒，则必须用两个74LS161分别产生个位和十位的数字信号。
显然，计数器能够完成计时功能，我们可以用74LS161设计，并把它的时钟CP接秒脉冲。
74LS161计数器是采用加法计数，要想倒计时，则在74LS161输出的信号必须经过非门处理后才能接入数码管的驱动，以0000，0001，0010……1111这些状态中靠后的状态为有效状态。
首先对控制个位输出的74LS161设计。
按要求对系统的状态不同，个位的进制也就要求不同。
利用系统的状态量A,B控制74LS161的置数端D
0D1D2D3。
当系统处在Gr或Rg状态时，个位的进制是十（模10），当系统处在Yr或Ry状态时，个位的进制是五（模5），模10时，有效状态为0110，0111，1000……1111，置D3D2D1D0为0110，模5时有效状态为1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D0为1011
A
B
D3
D2
D1
D0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
D0=D3＝A
BD2=A⊙BD1=1
当状态为1111时，74LS161的状态必须跳到进入下一个循环，此时进位输出为1，把它的CO取反接入置数端。
再对控制十位输出的74LS161设计。
同设计控制个位输出的74LS161基本类似，用系统状态量A,B控制十位74LS161的置数端D3D2D1D0。
当系统处于Gr状态时置D3D2D1D0为1101，当系统处于Yr或Ry时置D3D2D1D0为1111，当系统处于Rg时置D3D2D1D0为1110
A
B
D3
D2
D1
D0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
D3=D2=1D1=A+BD0=A·B
同理我们把它的CO取反接入置数端
当计数超过10秒时，个位需向十位进位，此时十位计数，其它时间十位保持不变，通过控制十位的CLK端实现这一功能，个位的CO1取反连接十位的CLK端，当个位需进位，即完成一次循环，CO1为1，则十位有脉冲,十位开始计数，其他时刻CO1=0,十位没有脉冲，十位保持。
设计时把CO1,CO2的与接入主控电路的双上升沿D触发器的CP，当完成一次计时，个位和十位同时完成循环，此时CO1=CO2=1,（其它时刻为0）CP出现上升沿，触发器计时，即系统跳到下一个状态，计时器开始下一次计时。
计时部分电路
5、总体电路图
总体电路图
四、实习中的问题及总结
1、问题：
（1）理论知识与实际操作存在差异，如利用555构成多谐振荡器时，将器件参数套用公式进行理论计算得到周期T=1s，但在实际操作时发现此处存在较大误差，周期明显小于1s；
（2）数字电路与逻辑设计的课程学习过程中，过多的偏重于电路逻辑功能的设计，考虑其实际实现则较少，比如芯片的稳定性、带载能力，工作环境等问题在设计中都没有考虑，很多设计在实验室环境下虽然可以正常工作，但不适宜投入生产。
（3）排除故障的能力和设计电路的能力同样重要。
在此次课程设计中，在设计和连接电路上花费的时间并不多，但却把大量的时间耗费在检查故障上，经常还会因为查不出故障或无法解决故障重新连接电路。
我觉得在日常生活和实际生产中，需要解除故障的地方远比设计电路要多，从一次实验中发现故障，逐步摸索排除故障的方法和技巧是极为重要的。
2、总结：
经过这两周的实习，我收获最大的就是很好的复习了数字电路所学的内容，同时也提高了自己的动手实践能力，在实践中去检验自己的知识，要比只看书本记得更牢，理解的更深。
这次实习不仅仅是一次动手能力的实践，也是锻炼我们思维能力和意志力的实践，我们从书上学到的是死知识，但通过实习，活跃了我们的思维，也给了我们一个发挥自己创新能力的机会，书本和实践相结合，就是最终的作品。
五、附录（参考文献）
1．《数字系统设计---数字电路课程设计指南》高书莉编著北京邮电出版社
2．《数字电路逻辑设计》王毓银主编高等教育出版社
3．《数字电路实验指导书》张亚婷杨乐郭华王利周丽娟编西安邮电学院电子与信息系统工程系
西安邮电大学数字逻辑课程设计过程考核及成绩鉴定表
学生姓名
班级/学号
承担任务实验室（单位）
电路与电子技术基础教学部
所在部门
电子工程学院
实施时间
2013年6月3日—2013年6月14日
课程设计过程
要求
优
良
中
及格
不及格
电路功能
主控电路，两路交通灯显示正确
减法计数功能正确
灯、时同步正确
特殊情况处理正确
其它
电路质量
电路运行稳定
元件布局合理
连线简洁
回答问题
分析问题、解决问题能力
电路原理清楚，能抓住重点
设计报告
设计思路清晰、图表齐全、各部分电路说明正确。
学习态度
□认真□一般□差
学习纪律
□好□一般□差
实习综合成绩
□优秀□良好□中等□及格□不及格
指导教师签名
年月日
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