数字逻辑课程设计报告--交通灯控制器.doc

数字逻辑课程设计报告交通灯控制器学院名称： 学生姓名： 专业名称： 班 级： 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倒计数计时器绿灯黄灯红灯红 黄 绿灯 灯 灯2总体任务及要求 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。 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。 用两组数码管，实现双向倒计时显示。3.总时序工作流程图控制器状态S0控制器状态S1控制器状态S2控制器状态S3支干道红灯亮主干道绿灯亮支干道绿灯亮主干道黄灯亮定时30定时5秒定时20秒定时5秒支干道绿灯亮支干道黄灯亮主干道红灯亮主干道红灯亮三、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（00Gr, 01Yr, 11Rg, 10Ry）,循环状态：（0001111000）。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=4.7k，R2=150k，C1=4.7F，C2=0.01F。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) 4.70.5s电容C1放电时，暂稳态持续时间为tw2=0.7R2C=0.7150k4.70.5s因此，电路输出矩形脉冲的周期为T= tw1tw21s输出占空比为q= tw1/T50%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：AB主红(R)主黄(Y)主绿(G)支红(r)支黄(y)支绿(g)00001100010101001110000110100010所以: R=A Y= 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0000，0001，00101111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D0D1D2D3。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0110，0111，10001111，置D3D2D1D0为0110，模5时有效状态为1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D0为1011ABD3D2D1D0000110011011110110101011D0=D3AB D2=AB D1=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1110ABD3D2D1D0001101011111111110101111D3=D2=1 D1=A+B D0= 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