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_日课程设计任务书设计题目 简易交通灯控制逻辑电路设计 二、主要内容及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、 2011.01.01-2011.01.07复习归纳触发器、计数器的逻辑功能2、 2011.01.08查找常用器件的资料，包括：型号中文名称英

2、文名称7473双j-k触发器（带清除端）Dual JK FF(Clr)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)741383-8线译码器/多路转换器3-To-8-L ine Demultiplexer74153双4选1数据选择器/多路选择器Dual 4-to-1 Data Sel/MUX74192同步可逆计数器（bed,二进制）Synchronous Up/Dow n Coun ter3、2011.01.09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、设计任务与要求要求实现逻辑功能，在1

3、-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。、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 ；S3南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间 10s ；S4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

4、东西G= 2东南西北丫=4东西R= 2南北G= 2注:R，G B=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】S1 S2 S3S3R-5G1OY北S3S1sTS2VS2 -Or西-<GR O-l 东Y OhG牛S1SLG1南R Y G ooSIR4iufj-S1 S2 S3显示电路设计3、主电路设计 、主电路实现S1-SPS3状态的转换，T； 、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,

5、 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“T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位计数 、S1-S3使用2个7473替代的T触发器。【图2】1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：SIR S1 S4S1G S1?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

6、现红绿同时亮的情况） 、使用74192同步可逆10进制计数器（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-二 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，不固定T2个74192计数器容易处理，可显示数值综合考虑，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】EC使能L51血时钟僧号1阪函数.叢主聘时姑揑制系飪74190*2时序血控制JKFF74E HTffQTiry 电

7、平开关判断时钟Sx状态转换厭出團熬电碍G6- S1D选择器14163LED且示电雜LEDREGg-4?塔百畚741葩总体模块设计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）。数据状态通过判断位 TCU=十位 UP 实现(Term in al Cou nt Up (Carry) Line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-SPS3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

8、5个状态: S1R,S1G,S2Y,S3R,S3G5、输出调整电路，令紧急电平开关控制 LED的状态。四、总电路工作原理及元器件清单1 总原理图图 4】 C/74192(2) ECLF/74153+位874192 (2)I；1GS2Y7473S3Gfl)AiEmergency)QO/74J3哦CM 77473lb15D9n 也9EneroeQcy(Active HIGHT)Space Q177473(6) QO/7473 B/7£192 C/7192 ECLRO ocG?A30J;lp y W22C-2CD oj 2 TBglceQluoLYGND74153leIS>1CLK1

9、J1CLR'1Q?IKIQVCCGNI>2CLK2K2CLR'2QEJ2QZU3-12 |1110 .I9Q18VCCYOY1G2AZY2G2BZY3G1丫 4Y7V5GNDY674136BVCCQBAQACLRDOWNBO'UPCOZQCLovirQUCGNDDG6GS S1RG1° 3RF-卜G8仆危)1 Hz/fn%DG1 B/74192个位汽CLRBO*品 C#169;TCOCTerminal Count Up (Carry) Line)S1 S2 S3R)R Y G北南R Y G piSI S2 S3R 东 Y 042

10、G Q|92S1S3S12 电路完整工作过程描述（总体工作原理）直零帆LR时姑整制系统IT*'SrCUtT-mlnfiCount D；i时序塚控制 BZ7llsa ®QO/717 3®C-US3（2）11/7473JKFFT4吒 ©QC/7 473©Q1/7473E HfirfinTiry电平开关P3rSx-LED俸码器741葩En 5.判耕对钟，Sx©ECLR/741E3透择器刑止3数据线分配G6-G1OLED且示电雜LEDREG各生个数据线连接序号名称触发方式条件输出源输入A(Emerge ncy)1紧急状态信号急、电平开关7413

11、83CG91G101B/741921判断个位达到574192G074153BC/74192(2)1判断十位达到174192(2)3QA7415341C2112C1132C3TCU(Termi nalCou nt Up(Carry) Line)T个位从90同时输出一个脉冲7419212CO'或称TCU74192(2)5UP或称CPUECLR/74153清零使能1B、C/74192Q0 Q1/7473的逻辑函数74153G474192G174192(2) G2Q0/74730,1状态触发条件7473121Q741381A7415314AQ1/74730,1状态触发条件747392Q7413

12、82B7415311G'74192工作状态（个位）B Q2Q07419277419267419227419237419274192BQ3Q2Q1Q0数码管B000000001100102001130100401015101106011171000810019注：不填二0【表5】74192（2）工作状态（十位）CQo7419277419267419227419237419274192BQ3Q2Q1Q。数码管C00000000111注：不填二07473工作状态（双T触发器）用JKFF构成TFFKoJoToKiJ1T1QoQi则有:Qo* QoQiQiQi*QoQi使2个T触发器的4状态循环

13、变为3状态循环，使用Qi Qo作系统状态。CLKo CLKi由选择器74i53判断747392Qi2iQ747382Q ' i3iQ '状态Qi QoQi Qo持续时间Siooiii5SS2oiio5SS3iiooios【图6】状态转换图74153工作状态（数据选择器）PINA Q0 7473B B 7419210aI1a I0b I2b 0I2a I3a I1b I3b C 74192Ea Q1 7473Eb Q? 7473 ECLR/74153 1Y 2Y输入输出747392Q121Q741531474153274153174192(2)74153G4状态Q1 Q0ABEa

14、C ECLRS100010C 12a1S201110C 13a1输入输出747392Q121Q7415314741532741531574192(2)74153G4状态Q1 Q0ABEbC ECLRS3111X0C I1bC 13b1状态CLKQ17473Q07473B74192C74192(2)S110011S21011XS3111X1PIN ECLR/74153 CLK 1Y 2YSII311a10aZa/ 321 Q 1 GElclclc忙1 YGNE b80 一13 b - 12b -U 11b J IOh -ZbSO选择输入Common Select In putE选通输入Enabl

15、e (Active Low)In put10,11数据输入Multiplexer In putsZ输出Multiplexer Output【图7】TRUTH TABLESELECT INPUTSINPUTS (a or b)OUTPUTSo务EhuZXXHXXXXLLLLLXXXLLLLHXXXHHLLXLXXLHLLXHXXHLHLXXLXLLHLXXHXHHH1XXXL1HHLXXXHHH a HIGH W*hnga LgvdIL » LOW Ullage lave*X - Den t Care('fla 1* ha 1 ' So ha S1 5o 4ha Si

16、So)4 = % (bb 哥岳* Mb创牝*悅目So 士hb J Sq)74153 Turth Table 【图8】LOGIC SYMBOL11£ 5I I3I10 11 12 13 15inn1 酝 h ha %o； hb hb 也 EhSoVcc= PIN KGND = PINE74153 Logic Symbol 74138工作状态（3-8线译码器）PINA Q0 7473B Q, 7373C A(Emerge ncy)74153PIN321输出LEDLEDLEDLEDLED74153NameCBA丫S1RS1GS2YS3RS3GS1000Y011S2001丫11S3011丫3

17、11S4100丫411101丫11110丫611111丫711S1RS1 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而不是丫 ,另外需要实现+的逻辑，所以增加G6-G1来调整线路。后一页附图Function TablesDMI74LS138InputsOutputsEnableS&leclG1G2 Nple 1)CBA¥OY1¥2¥3Y4Y5Y6Y7XHXXXHHHHHHHHLXXX冥HHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHLLLHHLHH

18、HHHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLHHHHHIIHLLHHHHLHHHHILHLHHHHHHLHHHLHHLHHHHHHLHH1HHHHHHHHHHL74138 Turth Table 【图10】SOAO L-S1=A1一S2=A2斗二BAn B cG2G2ar7GN16151413121110ConnerUori DiagramDW74LS13«1*11廿Hl； 11I1 1I1r>*1i Mt1.4r1*ABC U* Gi G1 VT 4D 、 gw-HLXZTE*UM7415874138 Conn ection Diagrams 【图11】输出调整电路（

19、G6G10 ）3 元件清单元件序号型号主要参数数量备注7419274LS192十进制、LOAD氐电平有效174192(2)74LS192十进制、LOAD低电平有效17415374LS1532组数据4选1选择器使能端Ea、Eb低电平有效1747374LS73J = K= T，2个T触发器17413874LS1383-8线译码器1GO74LS00+74LS042输入与门1G1、G274LS002输入与非门1G3 G6G7 G874LS042输入非门1G4 G9G1074LS02+74LS042输入或门1G574LS862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

20、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。 、EW沖有红绿蓝三色灯，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，也不允许从导线开始延伸到端点。要连接两条悬空线AB,可以先利用第三个

21、端点E引一条线到B,再移动E上的线到A。再弃置E。 、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2C0)G1j74Z3<5)C)Q0/?473S?C? c&C/74192(S? cJeclrT2、仿真记录：“五1”的指示灯状态与 LED仿真过程中没有发现问题，电路运行正常, 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PIN7473974731274192 7G04192(2

22、)374153数G4攵码管数次码管LEDLEDLEDLEDLEDNameQ1(Q0B个位C十位ECLR十位个位S1RS1GS2YS3RS3GS00000000000S0 S1000101011000S1= 15s000-10-100-10-511000S1 S200 10 111151 01 00 100S2= 5s0100001-500100SP S30 110 10105001 00 10 1S3= 10s1100001-900011S3 S11 01 000 11100 10 101 01 0S4110000-1X100101 = High Level0= Low Level X= Do

23、n' t Care =None 0-5=0 To 5【图12】仿真截图见下一页Q:osoma7 -曲Y G2i(S 014730 m 机口 M朗询 Cl?翻迹 ECLRC11S SA(5F? Y Q it-Or-OGR OJ 琨 V Q-*0 OqwR Y G n?P) 切R Y & 4t|-1'=0©r dG O-R Y &VI!S1 S2 £3R> ifR F G 北-R-OGRAR 1 &nr-1 S2 S3-<.-1SO:没有打开电源的状 态oS1:东西方向绿灯亮， 南北方向红灯亮，时间 15soSO，S1, S2

24、, 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）S3：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进行设 计，参考的资料只有课本

25、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CAM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显示电路设计521个7473替代的T触发器52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）11574192（2）工作状态（十位）1267473工作状态（双T触发器）126状态转换图13774153工作状态（数据选择器）14774153 Turth Tab

26、le14874153 Logic Symbol15874138工作状态（3-8线译码器）16974138 Turth Table161074138 Co nn ection Diagrams1611输出调整电路（G6G10）179元件清单1910仿真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。2 74LS73 说明书第23 页7473替代的T触发器第25页3 74LS138 说明书第26 页4 74LS153 说明书第28 页

27、5 74LS192 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)JKFFFri nrL/1 n1沁CLHLCLRVCCWCLKECLR11J lQf IQ GND2Ki斗CLEAR2 *3丁 13IE4115106 s7>-2-74737473功能输入输出CLRCPJKQnQn 1Qn 1清除0XXX001110维持11XX0110维持1J000110I rh异步置11J10011010I iH异步置01J01001110Toggle切换1J1101101001JK触发器JKQnQn 100011001101001110110Q* J

28、 ?KQ JK?Q JKQ JKQJQ KQFunction TableInputsOutputsCLRCLKJKQQLXXXLHHILLQoQoHJHLHLHILHLHHIHHToggleHHXXoQoH - HIGH Logic LevelL=LOWLogic LevelX = Either LOW or HIGH Logic LevelJ - Negative going edge of pulseQo The output logic level before the iixlicated input conditions were established.Toggle = Each

29、output changes to the complement of its previous level on eacti falling edge of the clock pulse BLOCK DIAGRAM()Connection DiagramPIN ARRANGEMENT7473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。7473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

30、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-L ine DemultiplexerDecoder/DemultiplexerABCccYOY1r2Y3Y4Y5也SO=AO L-S1=A1 S2=A2 斗二74l?8Function TablesDM74LS13SInputsOutputEnableSelectG1G2(Note 1)CBAyo¥1Y2Y3Y4Y5Y6¥7XHXXXHHHHHHHHLXXXXHHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLH

31、HHHHLHLLHHHHLHHHHLHLHHHHHHLHHHLHHLHHHHHHLHHLHHHHHhJHHHHLH = HIGH L七佃IL = LOW LevelX = Don't Gar$M*tel!G2-G2A-nG2B使能端S0= 1,使能；S0= 0，禁止。S2= S3= 0 使能，S2+S3= 1 禁止。 输出Y0 Y7为低电平有效。Logic DiagramsDM74LS138FNABLE iNPirrsStl FCTINPUTS£3 5 6V7sConnection DiagramsDM74LS138DAI A OUIPUIbI16151413121110g)

32、(C、CO-123.4567I8ABCG2A G2B G1 YT GND J OUTPUTENABLESELECT74153双4选1数据选择器/多路选择器Dual 4-to-1 Data Sel/MUXDual 4-input MultiplexerVCW2C2C&C驾 < 3210 1 GRlclc'lclclYGN- r>123 45676 3 1-8333E s n- 2 M o zLfeU5 EbSO一13肺12b 一I1b -Jfi lOh ZbS0选择输入Common Select In putE选通输入Enable (Active Low)In put

33、10,11数据输入Multiplexer In putsZ输出Multiplexer Output7415374153TRUTH TABLESELECT INPUTSINPUTS (a or bOUTPUTSoSiEIohhhzx冥H 1XXXXLLLLLXXXLLLLHXXXHHL1XLXXLHLLXHXXHLHLXXLXLLHLXXHXHHHLXXXLLHH1XX冥KHH = HIGH Voltes Leve L LOWLevelX = Don t CareCONNECDON DIAGRAM MP (TOP VIEW)Eb So X I 曲耐 也 4 阖阳冋侖圈J7LF1 EMOTE:Hi

34、e F Vision h*s ma ta他i jncuis tGonn&ction Di 臥闵 nm as 帕 Dual Inline Package盯|日百|起II I gE» s. la.咕町咕 J GMLOADING Motie a)PIN NAMESHIGHLOWCanm'/i Slerr ip. 1QS U.L.畑U.Ltmtala iteliw LOW' InpilM IZL0.25 U.LUufeJplAW IhuU05 JI.0J5U.L.MuDpleK&f Cclpd14 U.L.GULNQT&S：前 1 nLUndLMd 1

35、U.L， C-iAHGH 1 i 皿 LQW.LOGIC DIAGRAMrftb. I»> 也 -,©Hl®LOGIC SYMBOL£54310 11 12 13 1514 一i 1111 innE* Ita ha 帕 ha Solot ht骊畑42対ZaHcc=PIN 1gnd = pinb74192同步可逆计数器(bed,二进制)PRESETTABLE BCD/DECADE UP/DOWN COUNTER PRESETTABLE 4-BIT BINARYUP/DOWN COUNTERSyn chro nous Up/Dow n Decade C

36、oun ters(dual clock lin es)Synchronous Up/Dow n Coun terD1=P1 10 CPDiCPU5gBQBQA皿IFQC爲CCALR黑器V c-O亠一 DO=POCR=MRU3TCD12 D2=P2 一 D归PZ74192LS192 LOGIC EQUATIONSFOR TERMINAL COUNTIC(j Qq. % GEu一 TCq- -Qo Qi 6 彳 CPq3CONiNECTION OU GRAU DIP (TOP VIEW- MR TCu Wn Pl P2 FjR R1 Rl Fl Rl IhMOTEThu Flstp* las JierflijxDijiii M inr Pp