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1、长江大学 龙从玉,1,数字交通灯设计实验,1、设计实验的任务与要求,设计用于十字路口交通管理的红黄绿交通灯控制显示与时间的数字显示电路。其中：用数据选择器、译码器和集成门等数字集成电路设计“交通灯控制电路”中的组合逻辑电路部分。包括“状态译码电路”、“输出电路及其交通灯单元”等。用集成触发器、集成计数器等数字集成器件设计“交通灯控制电路”中的时序逻辑电路部分，包括“时间预置电路”和“倒计时显示电路”等。在实验面包板上面，完成数字交通灯控制电路的总装调试与测试。,2023/10/1,1.1、设计实验任务,设计实验的方案设计（略）理论已做！,长江大学 龙从玉,2,交通灯控制电路的组合逻辑电路部分要
2、求：1）将状态信号译码为“干道”与“支道”两方向的6对交通灯的控制信号用LED灯指示，倒计时分别用数码管显示；2）根据“干道”与“支道”两方向的交通需求，分别预置相应的灯亮时间Te、Ty、Ts和Ty，实现正常时序控制功能；3）特殊状态期间，“干道”与“支道”两个方向的红灯同时发亮，计时暂停，实现特殊状态控制功能；4）将“干道”与“支道”两方向的灯亮时间的设置范围为05 95S，2位BCD码形式；5）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图；6）对设计的交通灯控制电路进行Proteus仿真、修改，使设计电路为达到设计要求的最简电路；7）安装并测试电路的逻辑功能。,2023/10/1,1.2、设计实验的
3、具体要求,交通灯控制电路的时序逻辑电路部分要求：1）交通灯的不同状态转换时分别产生相应的状态信号；2）对交通灯不同状态的灯亮时间Te、Ty、Ts分别进行减法计数，实现倒计时功能；3）特殊状态期间，计时暂停；特殊状态结束恢复正常计时；4）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图；5）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求；6）安装并测试电路的逻辑功能；7）将组合电路设计实验部分与时序电路设计实验部分的电路联接起来，完成整个控制电路的调试。,1.2、设计实验的具体要求,1.3、设计可供实验元器件,74LS138、74LS153、74LS00、74LS04、74LS32、74LS74、74LS
4、192、74LS08、(7段数码管、红黄绿LED)。,2023/10/1,3,长江大学 龙从玉,交通灯显示板！,2023/10/1,长江大学 龙从玉,4,2.1、交通灯控制需求分析：根据设计要求，基本交通灯共有4种状态如表-1所示。该电路根据“干道”与“支道”方向的灯亮时间Te、Ts和Ty产生这些状态并对它们进行有序的控制。相应的状态转换图如图-1所示。,图-1 交通灯状态转换图,2、实验电路设计思路,S0,S1,S2,S3,Te,Te到,Ty,Ty到,Ts,Ts到,Te到,Ty,2023/10/1,长江大学 龙从玉,5,2.2、状态译码电路、输出电路及其交通灯单元的设计思路：电路主要功能：依
5、据不同的状态信号实现对交通灯的控制。设：灯亮为“1”，灯灭为“0”；交通灯的4种状态S0S3分别编码为00、01、10、11；正常状态为“0”；特殊状态用S表示，特殊状态为“1”，这时两个方向的红灯同时点亮。则其真值表如表-2所示。,2、实验电路设计思路,2023/10/1,长江大学 龙从玉,6,由上述真值表可知，状态指示信号SQ0SQ3与状态信号A1A0之间的逻辑关系可由二进制译码器74LS138实现；交通灯的控制信号EG、ER、EY、SG、SR、SY与状态指示信号SQ0SQ3之间的逻辑关系可由集成逻辑门实现；“交通灯单元”采用红色、绿色和黄色发光二极管。其设计框图如图-2所示。,图-2交通
6、灯控制指示电路框图,2023/10/1,长江大学 龙从玉,7,2.3、时间预置电路的设计思路 该电路的主要功能是依据不同的状态信号输入相应的时间预置数据，从而确定交通灯的灯亮时间。根据设计要求，时间预置电路应满足如表-3所示关系表。因此该电路可由4片集成数据选择器74LS153实现，其设计框图如图-3所示。,图-交通灯预置计时显示电路框图,2023/10/1,长江大学 龙从玉,8,*2.4、计时显示电路的设计思路 将倒计时电路产生的输出经显示译码器CD4511和数码管进行显示。状态转换的触发信号来自数字计时电路，可用计时器的输出信号或借位信号，通过D触发器74LS74实现状态转换。,D触发器特
7、征方程：Qn+1=D CP,左上图：74LS74D触发器引脚图左下图：74LS74输入/输出波形图,附1、D触发器74LS74上升沿触发简介,CP,D,Q,Q,2023/10/1,长江大学 龙从玉,9,图-1 74LS192引脚排列图,附2、可逆十进制同步计数器74LS192简介,置数控制端:PL;清零控制端：MR。加计数输入端5:UP减计数输入端 4:DN进位端:TCU=Q0Q3输出负脉冲借位端:TCD=Q0.Q1.Q2.Q3.输出负脉冲置数输入端:D0、D1、D2、D3。数据输出端:Q0、Q1、Q2、Q3。,74LS192具双时钟输入，能进行加、减计数。并能异步清零和置数，功能 图表如下:
8、,2023/10/1,长江大学 龙从玉,10,用Proteus软件绘制出该电路的原理图，对所设计的电路进行仿真实验。在仿真过程中，分别改变状态信号及特殊状态信号，验证电路的逻辑功能是否达到设计要求。,4、电路安装与调试,4.1、电路布局 在多孔电路实验板上装配电路时，首先应熟悉其结构。明确哪些孔眼是连通的，并安排好电源正、负引出线在实验板上的位置。电路布局时应安排好各个集成块的位置，以方便连线为原则。电路与外接仪器的连接端、测试端要布置合理，便于操作。状态信号、预置数据的输入端点应方便改变其电平。,3、交通灯控制电路原理图绘制与仿真测试,2023/10/1,长江大学 龙从玉,11,4.2、安装
9、与调试方法 电路安装前，要先检测所用集成电路及其它元器件的好坏。安装完成后，要用万用表检测电路接触是否可靠、电源电压大小、极性是否正确。一切正常后才能通电调试。实验调试时，注意发光二极管不能过亮。如果过亮，可串接一个100欧左右的限流电阻。调试过程中，最好分块进行，如首先调试“状态译码电路”、然后调试“输出电路及其交通灯单元”，最后调试“时间预置电路”。,5.1、如何实现特殊状态控制功能？5.2、如果采用二进制译码器74LS139可实现“状态译码电路”吗？请画出其逻辑电路图。5.3、如果“输出电路”不能正常驱动发光二极管发亮，应如何设计图3中的“接口电路”？5.4、如何实现“时间预置电路”中预
10、置数据直接采用十进制形式？画出其逻辑电路图并列出所需器件清单。,5、电路设计、仿真及实验问题研究,2023/10/1,长江大学 龙从玉,12,6、设计实验报告要求,6.1、课题的任务及要求。6.2、课题分析与方案选择。对课题认真分析，正确理解，明确设计思路。通过各种可实现的电路原理、特点分析，方案类比，选择最佳实现电路。6.3、集成电路及元器件选择。对设计中选定的集成电路及元器件，给出它们的引脚图、功能表或真值表或主要参数值。6.4、原理图绘制及仿真。用Proteus软件绘出电原理图，详细标明各集成电路及元器件的型号，并给出有关原理图的适当注释。6.5、实验测试、问题分析与研究。实验设备清单（名称、型号、数量等）；安装及调试过程简介；故障分析及解决办法；第五项中的问题解答。6.6、总结。总结所设计课题存在的问题，提出改进的设想；完成本课题后的收获、体会和建议。,2023/10/1,长江大学 龙从玉,13,2023/10/1,长江大学 龙从玉,14,2023/10/1,长江大学 龙从玉,15,
