交通燈控制邏輯電路設(shè)計實驗報告

1、數(shù)字設(shè)計課程實驗報告實驗名稱：交通燈控制邏輯電路的設(shè)計與仿真實現(xiàn)學(xué) 員:學(xué) 號：培養(yǎng)類型：年 級：專 業(yè)：所屬學(xué)院：指導(dǎo)教員：職 稱：實驗室：實驗日期：精選文檔交通燈控制邏輯電路的設(shè)計與仿真實現(xiàn)一、實驗?zāi)康模?. 熟悉 Multisim 仿真軟件的主要功能和使用。2. 熟悉各種常用的MSI 時序邏輯電路的功能和使用。3. 運用邏輯設(shè)計知識，學(xué)會設(shè)計簡單實用的數(shù)字系統(tǒng)。二、實驗任務(wù)及要求：1 .設(shè)計一個甲干道和乙干道交叉十字路口的交通燈控制邏輯電路。每個干道各一組指示燈（紅、綠、黃）。要求：當(dāng)甲干道綠燈亮16 秒時，乙干道的紅燈亮；接著甲干道的黃燈亮5 秒，乙干道紅燈依然亮；緊接著乙干道的綠燈亮

2、16秒，這時甲干道紅燈亮；然后乙干道黃燈亮5 秒，甲干道紅燈依然亮；最后又是甲干道綠燈亮，乙干道變紅燈，依照以上順序循環(huán)，甲乙干道的綠紅黃交通指示燈分別亮著。2 .要求：（ 1）分析交通燈狀態(tài)變換，畫出基于格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)圖。（ 2）設(shè)計時序邏輯電路部分，寫出完整的設(shè)計過程，畫出邏輯電路圖。在Multisim 仿真平臺上，搭建設(shè)計好的該單元電路，測試驗證，將電路調(diào)試正確。（ 3）設(shè)計組合邏輯電路部分，寫出完整的設(shè)計過程，畫出邏輯電路圖。在Multisim 仿真平臺上，搭建設(shè)計好的該單元電路，測試驗證，將電路調(diào)試正確。（ 4）用74LS161 計數(shù)器構(gòu)造16 秒定時和5 秒定時的定時電

3、路，畫出連線圖。在 Multisim 仿真平臺上，選用74LS161 芯片連線，測試驗證，將電路調(diào)試正確。（ 5）在Multisim 仿真平臺上形成整個系統(tǒng)完整的電路，統(tǒng)調(diào)測試結(jié)果。三、設(shè)計思路與基本原理：依據(jù)功能要求，交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)主要有定時電路、時序邏輯電路及信號燈轉(zhuǎn)換器組合邏輯電路組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。 其中定時電路控制時序邏輯電路狀態(tài)的該表時間，時序邏輯電路根據(jù)定時電路的驅(qū)動信號而改變狀態(tài)，進(jìn)而通過組合邏輯電路控制交通燈系統(tǒng)正常運行。在各單元電路的設(shè)計順序上，最先設(shè)計基礎(chǔ)格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)圖， 由此確定時序邏輯電路的設(shè)計，并完成該部分電路的調(diào)試。接著在設(shè)計好時序路

4、邏輯電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)狀態(tài)輸出設(shè)計組合邏輯電路，并完成該部分的調(diào)試。最后完成定時電路的設(shè)計與調(diào)試。整合電路，形成整個系統(tǒng)完整的電路，統(tǒng)調(diào)測試結(jié)果。四、各單元電路設(shè)計與調(diào)試：1 .時序邏輯電路的設(shè)計與調(diào)試分析交通燈狀態(tài)變換，畫出基于格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)表。由表 可知交通燈變換共有4種狀態(tài)，因此需要兩個觸發(fā)器來控制其狀態(tài)輸出從 00 一01- 11- 1000的狀態(tài)循環(huán)。實驗中采用兩個 D觸發(fā)器設(shè)計電路。畫出二進(jìn)制碼狀態(tài)表交通燈狀態(tài)甲干道乙干道格雷碼(QQ)綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈00VV01VV11VV10VV現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q1Q0Q1Q0000i0iiiiii0i000分別畫出Q0、Q1的卡諾

5、圖，由卡諾圖得到激勵方程:Di(t+i)=Q0D0(t+i)=Qi9、Q00i0iii00Q0卡諾圖、Q0i00ii0iQi卡諾圖根據(jù)激勵方程連接電路，并在 mulitsim上測試，電路圖如下:2 .組合邏輯電路的設(shè)計與調(diào)試在設(shè)計好時序邏輯電路的基礎(chǔ)上，對照交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)化表，設(shè)計出 相應(yīng)輸出狀態(tài)下的組合邏輯電路并測試。電路圖如下：.ML 泗口明一4J7AUSA ，：T4L5*»Bred -3-嬲曹_L_0 :;UrtA- Rqrrrn3 .定時電路的設(shè)計與調(diào)試定時電路部分設(shè)計是交通燈系統(tǒng)設(shè)計的核心所在。按題目要求，用 74LS161設(shè)計出的電路需要能有16秒定時器與5秒定時器功能。考

6、慮到 需要用到74LS161的記滿16進(jìn)位功能，所以在16秒定時器的預(yù)置數(shù)是 0000,在5秒定時器的預(yù)置數(shù)為1011,不難發(fā)現(xiàn)，其中C的預(yù)置位都為 0,故將其直接接地即可。在16秒定時器中預(yù)置位A=B=D=0,在5秒定時器中預(yù)置位A=B=D=1 ,而他們對應(yīng)的狀態(tài)Q1Q0分別為00、11和 01、10。不難發(fā)現(xiàn)，A=B=D=Q1Q0,所以可以采取該方法預(yù)置輸入。 至于清零端，可采取記滿進(jìn)位信號來控制。電路圖如下：五、整體電路設(shè)計與調(diào)試在完成了各部分電路的設(shè)計后，整合電路，完成整個交通燈系統(tǒng)的設(shè)計 與仿真。電路圖如下： 7"帛呼741 S7.in:上了：>-1一俱 5WI,1H

7、，巾，號物 L0-：7看工鈉 HZ-2.iV.喇酒卯eE：. 11二 g . Ml SOM)有廿丁一-Ar«d- 2.5 V. LTTA .lhCiA, , '：'ML S43BO25 V六、測試與調(diào)試說明（遇到的問題及解決辦法）實驗結(jié)果提交的Multisim文件有定時器電路文件、時序電路文件、組合譯 碼電路文件及完整的交通燈電路文件。如圖所示：定時器,許1口文通燈e$10交通燈拄制浸凝時序弱用雷.矩臺譯碼電冷.電路端+虞蛉報nis1Oms1OS.doc在設(shè)計過程中，在時序邏輯電路及組合邏輯電路中并未遇到問題， 而在定時 器設(shè)計電路中剛開始時如何設(shè)置預(yù)置位困擾了我。在咨詢同學(xué)下，發(fā)現(xiàn)了可以利 用Q0與Qi異或達(dá)到要求的目的。七、總結(jié)與體會這次交通燈系統(tǒng)設(shè)計與仿真實驗不僅讓我鞏固了平常的知識，提高了自己 運用所學(xué)數(shù)字設(shè)計的能力，而且很大程度開拓了我的思維。這不像實驗書中的實 驗?zāi)菢咏o定電路圖，你只需要按圖連接元件就可以。這次實驗需要我們自己發(fā)散 思維，自己設(shè)計電路，很有效的檢驗和提高了我的數(shù)電設(shè)計能力。八、思考題(1)用555定時器構(gòu)造“秒脈沖發(fā)生器”，作為電路的時鐘信號部分。“秒脈沖發(fā)生器”電路(multisim文件見附件)如下：r VCC:2VVCC：XSC1h b J R1：<：2S-86MO：.s.1 VCCRST -O