实验一：Multisim交通灯仿真

1、数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计课程实验课程实验22022-4-11 目的：目的：使学生更好地巩固和加深对理论知识的理解，使学生更好地巩固和加深对理论知识的理解，增强学生理论联系实际的能力，提高学生的工程素质，通增强学生理论联系实际的能力，提高学生的工程素质，通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和今后工作打下良好的基础。学习和今后工作打下良好的基础。 本实验课是本实验课是数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计专业基础课程的专业基础课程的课内实践教学课，课内实践教学课，重在培养学生数字电路的实践技能。要重在培养学生数字电路的

2、实践技能。要求学生在教师指导下完成基本实验、综合实验，学会中小求学生在教师指导下完成基本实验、综合实验，学会中小型数字系统的工程设计方法，一人一组独立完成实验项目。型数字系统的工程设计方法，一人一组独立完成实验项目。一、实验教学目的32022-4-11 （1 1）掌握数字逻辑实验板等常用仪器的基本原理、功）掌握数字逻辑实验板等常用仪器的基本原理、功能及其使用方法。能及其使用方法。 （2 2）了解常用数字集成电路的主要参数及逻辑功能。）了解常用数字集成电路的主要参数及逻辑功能。 （3 3）具有使用仪器查找和排除电路故障的能力。）具有使用仪器查找和排除电路故障的能力。 （4 4）通过实验，进一步掌

3、握数字电路的综合分析与）通过实验，进一步掌握数字电路的综合分析与设计方法。设计方法。 二、实验基本要求二、实验基本要求 （5 5）熟悉）熟悉MultisimMultisim、QuartusIIQuartusII等等EDA软件的电路设软件的电路设计、仿真、下载方法及操作流程。计、仿真、下载方法及操作流程。 （6 6）熟悉）熟悉CPLDCPLD、FPGAFPGA可编程逻辑器件的原理、功能可编程逻辑器件的原理、功能及应用。及应用。一、实验项目（一、实验项目（1616学时，四次）学时，四次）1、基于、基于Multisim的交通灯控制电路设计、仿真；的交通灯控制电路设计、仿真；2、采用、采用MSI的数字

4、小系统电路设计、调测；的数字小系统电路设计、调测； 3、基于、基于Quartus_II的数字电路设计、仿真；的数字电路设计、仿真；4、基于、基于FPGA的数字电路设计、仿真、下载。的数字电路设计、仿真、下载。（注意：每个实验项目的具体内容由各次实验课件确定）（注意：每个实验项目的具体内容由各次实验课件确定）52022-4-11实验一：基于实验一：基于Multisim10的交通灯控制的交通灯控制电路设计、仿真电路设计、仿真赖祖亮赖祖亮 小木虫小木虫熟悉熟悉EDA仿真软件仿真软件Multisim 10的基本的基本 操作方法操作方法1. 1. 实验目的实验目的熟悉熟悉MSI组合逻辑电路和时序逻辑路的

5、逻辑功能组合逻辑电路和时序逻辑路的逻辑功能及使用方法及使用方法掌握掌握MSI组合逻辑器件和时序逻辑器件组成数字组合逻辑器件和时序逻辑器件组成数字小系统的设计和测试方法小系统的设计和测试方法学会使用学会使用Multisim 10设计、仿真和调试数字逻设计、仿真和调试数字逻辑电路辑电路62022-4-11菜单栏菜单栏工具栏工具栏仿真开关仿真开关元器件栏元器件栏仪器仪表栏仪器仪表栏状态栏状态栏电路工作区电路工作区设计工具箱设计工具箱 2.Multisim102.Multisim10软件主界面简介软件主界面简介 2.Multisim102.Multisim10软件主界面简介软件主界面简介72022-4

6、-11菜单栏菜单栏仿真开关仿真开关工具栏工具栏元器件栏元器件栏仪器仪表栏仪器仪表栏电路工作区电路工作区状态栏状态栏3.3.实验原理实验原理 交通灯控制电路是一种用在道路交叉路口控制红、黄、交通灯控制电路是一种用在道路交叉路口控制红、黄、绿三色交通信号灯按规定的时间顺序交替亮灭的应用电路。绿三色交通信号灯按规定的时间顺序交替亮灭的应用电路。按交通规则要求：红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄按交通规则要求：红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁止线之外。灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁止线之外。 交通灯控制电路原理框图交通灯控制电路原理框图92022-4-11 交通

7、灯控制电路设计要求交通灯控制电路设计要求:（1）交通灯控制电路在一个循环周期内要使红、黄、绿三色灯）交通灯控制电路在一个循环周期内要使红、黄、绿三色灯依次点亮依次点亮24s、4s、20s； （2）如调整时钟周期为）如调整时钟周期为4秒，则红、黄、绿三色灯点亮时间内所秒，则红、黄、绿三色灯点亮时间内所包含的时钟周期个数依次为包含的时钟周期个数依次为6、1、5，即一个循环周期内共，即一个循环周期内共12个个时钟周期；时钟周期；（3）时间计数的个位和十位分别用两个数码管显示，计数以秒）时间计数的个位和十位分别用两个数码管显示，计数以秒为单位为单位，采用倒计时方式计数，采用倒计时方式计数；（4）电路设

8、计采用常规）电路设计采用常规74 序列中规模组合逻辑电路和时序逻辑序列中规模组合逻辑电路和时序逻辑器件实现器件实现，要求用扭环形计数器作为定时控制器。要求用扭环形计数器作为定时控制器。 交通灯态序表交通灯态序表102022-4-11 部分电路简介部分电路简介:（1）模）模12扭环形计数器扭环形计数器 如图所示，两片如图所示，两片74LS194扩展成了扩展成了8位右移移位寄存器，根位右移移位寄存器，根据扭环计数器构成规则可知，电路接成了右移模据扭环计数器构成规则可知，电路接成了右移模12的计数器。的计数器。112022-4-11模模12扭环形计数器状态表扭环形计数器状态表 东西方向：绿：东西方向

9、：绿：EWG= 黄：黄：EWY= 红：红：EWR= 南北方向：绿：南北方向：绿：NSG= 黄：黄：NSY= 红：红：NSR= 逻辑表达式逻辑表达式（由学生自己填写）（由学生自己填写）122022-4-11 24进制计数器进制计数器 （注意：该参考电路不是倒计时方式）（注意：该参考电路不是倒计时方式） 下图是用两片下图是用两片74LS160接成二十四进制计数器。计数器从接成二十四进制计数器。计数器从0态开始计数。态开始计数。两片两片74LS160接成二十四进制计数器电路图接成二十四进制计数器电路图13仿真参考电路如下图所示：仿真参考电路如下图所示：（注意：计数显示不是倒计时方式）（注意：计数显示

10、不是倒计时方式）142022-4-11 4. 实验内容与要求实验内容与要求 （1）在在 Multisim 10界面中设计出交通灯控制器各单元电路，其界面中设计出交通灯控制器各单元电路，其中脉冲信号发生器（可用中脉冲信号发生器（可用Multisim 10中的函数发生器替代）；中的函数发生器替代）； （2）分别写出南北方向和东西方向红、黄、绿交通灯点亮的逻）分别写出南北方向和东西方向红、黄、绿交通灯点亮的逻辑函数表达式；辑函数表达式； （3）完成交通灯控制电路总体设计，并画出总体电路原理框图；）完成交通灯控制电路总体设计，并画出总体电路原理框图； （4）计数显示采用倒计时方式，分频电路不能与参考电

11、路相同；）计数显示采用倒计时方式，分频电路不能与参考电路相同； （5）使用）使用Multisim 10软件软件 ，仿真调试整机电路，并记录结果。，仿真调试整机电路，并记录结果。 5. 仪器及器件仪器及器件 （1）计算机一台；）计算机一台； （2）Multisim 10仿真软件一套；仿真软件一套； （3）根据电路实现方案不同可分别调用）根据电路实现方案不同可分别调用 74LS74(112)、74LS194(164)、74LS190(191)；74LS160(161) 74LS08、74LS04及三色灯和带有译码的数码管等器件。及三色灯和带有译码的数码管等器件。152022-4-11 6. 实验报告实验报告 （1） 写出交通灯控制电路各单元电路工作原理；写出交通灯控制电路各单元电路工作原理； （2） 给出整机原理框图和整机电路分析及调试结果；给出整机原理框图和整机电路分析及调试结果； （3） 画出相应单元的工作波形；画出相应单元的工作波形； （4） 结论和体会。结