交通灯控制逻辑电路设计实验报告.docx
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交通灯控制逻辑电路设计实验报告
《数字设计》课程实验报告
实验名称:
交通灯控制逻辑电路的设计与仿真实现
学员:
学号:
培养类型:
年级:
专业:
所属学院:
指导教员:
职称:
实验室:
实验日期:
交通灯控制逻辑电路的设计与仿真实现
1、实验目的:
1.熟悉Multisim仿真软件的主要功能和使用。
2.熟悉各种常用的MSI时序逻辑电路的功能和使用。
3.运用逻辑设计知识,学会设计简单实用的数字系统。
二、实验任务及要求:
1.设计一个甲干道和乙干道交叉十字路口的交通灯控制逻辑电路。
每个干道各一组指示灯(红、绿、黄)。
要求:
当甲干道绿灯亮16秒时,乙干道的红灯亮;接着甲干道的黄灯亮5秒,乙干道红灯依然亮;紧接着乙干道的绿灯亮16秒,这时甲干道红灯亮;然后乙干道黄灯亮5秒,甲干道红灯依然亮;最后又是甲干道绿灯亮,乙干道变红灯,依照以上顺序循环,甲乙干道的绿红黄交通指示灯分别亮着。
2.要求:
(1)分析交通灯状态变换,画出基于格雷码顺序的交通灯控制状态图。
(2)设计时序逻辑电路部分,写出完整的设计过程,画出逻辑电路图。
在Multisim仿真平台上,搭建设计好的该单元电路,测试验证,将电路调试正确。
(3)设计组合逻辑电路部分,写出完整的设计过程,画出逻辑电路图。
在Multisim仿真平台上,搭建设计好的该单元电路,测试验证,将电路调试正确。
(4)用74LS161计数器构造16秒定时和5秒定时的定时电路,画出连线图。
在Multisim仿真平台上,选用74LS161芯片连线,测试验证,将电路调试正确。
(5)在Multisim仿真平台上形成整个系统完整的电路,统调测试结果。
三、设计思路与基本原理:
依据功能要求,交通灯控制系统应主要有定时电路、时序逻辑电路及信号灯转换器组合逻辑电路组成,系统的结构框图如图1所示。
其中定时电路控制时序逻辑电路状态的该表时间,时序逻辑电路根据定时电路的驱动信号而改变状态,进而通过组合逻辑电路控制交通灯系统正常运行。
在各单元电路的设计顺序上,最先设计基础格雷码顺序的交通灯控制状态图,由此确定时序逻辑电路的设计,并完成该部分电路的调试。
接着在设计好时序路逻辑电路的基础上,根据状态输出设计组合逻辑电路,并完成该部分的调试。
最后完成定时电路的设计与调试。
整合电路,形成整个系统完整的电路,统调测试结果。
图1交通灯控制系统结构框图
4、各单元电路设计与调试:
1.时序逻辑电路的设计与调试
分析交通灯状态变换,画出基于格雷码顺序的交通灯控制状态表。
由表可知交通灯变换共有4种状态,因此需要两个触发器来控制其状态输出从00→01→11→10→00的状态循环。
实验中采用两个D触发器设计电路。
交通灯状态
甲干道
乙干道
格雷码(Q1Q0)
绿灯
黄灯
红灯
绿灯
黄灯
红灯
00
√
√
01
√
√
11
√
√
10
√
√
画出二进制码状态表
现态
次态
Q1
Q0
Q1
Q0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
分别画出Q0、Q1的卡诺图,由卡诺图得到激励方程:
D1(t+1)=Q0D0(t+1)=Q1
Q0
Q1
0
1
0
1
1
1
0
0
Q0
Q1
0
1
0
0
1
1
0
1
Q0卡诺图Q1卡诺图
根据激励方程连接电路,并在mulitsim上测试,电路图如下:
2.组合逻辑电路的设计与调试
在设计好时序逻辑电路的基础上,对照交通灯状态转化表,设计出相应输出状态下的组合逻辑电路并测试。
电路图如下:
3.定时电路的设计与调试
定时电路部分设计是交通灯系统设计的核心所在。
按题目要求,用74LS161设计出的电路需要能有16秒定时器与5秒定时器功能。
考虑到需要用到74LS161的记满16进位功能,所以在16秒定时器的预置数是0000,在5秒定时器的预置数为1011,不难发现,其中C的预置位都为0,故将其直接接地即可。
在16秒定时器中预置位A=B=D=0,在5秒定时器中预置位A=B=D=1,而他们对应的状态Q1Q0分别为00、11和01、10。
不难发现,A=B=D=Q1⊕Q0,所以可以采取该方法预置输入。
至于清零端,可采取记满进位信号来控制。
电路图如下:
5、整体电路设计与调试
在完成了各部分电路的设计后,整合电路,完成整个交通灯系统的设计与仿真。
电路图如下:
6、测试与调试说明(遇到的问题及解决办法)
实验结果提交的Multisim文件有定时器电路文件、时序电路文件、组合译码电路文件及完整的交通灯电路文件。
如图所示:
在设计过程中,在时序逻辑电路及组合逻辑电路中并未遇到问题,而在定时器设计电路中刚开始时如何设置预置位困扰了我。
在咨询同学下,发现了可以利用Q0与Q1异或达到要求的目的。
7、总结与体会
这次交通灯系统设计与仿真实验不仅让我巩固了平常的知识,提高了自己运用所学数字设计的能力,而且很大程度开拓了我的思维。
这不像实验书中的实验那样给定电路图,你只需要按图连接元件就可以。
这次实验需要我们自己发散思维,自己设计电路,很有效的检验和提高了我的数电设计能力。
8、思考题
(1)用555定时器构造“秒脉冲发生器”,作为电路的时钟信号部分。
“秒脉冲发生器”电路(multisim文件见附件)如下:
电路测试截图如下:
(2)用门电路构造“减法计数器”,在系统中加入倒计时数字显示功能。
倒计时电路multisim文件见附件。
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