1、數字電路課程設計報告書 交通燈控制器學院名稱：電子工程學院學生姓名：趙志強專業名稱：集成電路一紅綠燈交通信號系統功能概述紅綠燈交通信號系統為模擬實際的十字路口交通信號燈。外部硬件電路包括：兩組紅黃綠燈（配合十字路口的雙向指揮控制）、倒計時顯示器（顯示允許通行或禁止通行時間）及兩片數碼管。二紅綠燈交通信號系統紅綠燈交通信號系統外觀示意圖如圖1所示。倒計數計時器綠燈黃燈紅燈紅 黃 綠燈 燈 燈三任務和要求1設計一個十字路口的交通燈控制電路，要求東西方向和南北方向車到倆條交叉道路上的車輛交替運行。在十字路口倆個方向上各設一組紅、黃、綠燈，紅燈表示禁止通行，綠燈表示可以通行。 2設置一組數碼管，以倒計

2、時的方式顯示允許通行或禁止通行時間。因為主干道車輛較多，所以要求主干道通車時間比支干道長，主干道方向上綠燈亮的時間是30s，支干道上綠燈亮的時間是20s。每個干道上，在綠燈轉為紅燈時，要求黃燈先亮5s，以便后來的車輛有準備的停車。3.（附加功能） 當任何一個方向出現特殊情況，按下手動開關，其中一個方向常通行，倒計時停止。當特殊情況結束后，按下自動控制開關，恢復正常狀態。四 設計器材：1.設計所提供的元件有：74ls161 3個74ls04 3個74ls08 1個74ls00 2個74ls48 2 個數碼管（共陰） 2個555 1個電容（4.7f，0.01f） 2個發光二極管6個(2綠2黃2紅)

3、電阻 （150k 1個；4.7k 1個；100 3個；）面包板 1塊2.工具： 鉗子一個；數字萬用表一臺。五總體方案：設計思路：在設計要求中要實現四種狀態的自動轉換，首先要把這四種狀態以數字的形態表示出來-循環狀態：（0001101100）。00表示主干道綠燈、支干道紅燈；01表示主干道黃燈、支干道紅燈；10表示 主干道紅燈、支干道綠燈；11表示 主干道紅燈、支干道黃燈。 利用一片74ls161設計模4計數器作為主控部分電路，來實現四種狀態的循環。（只要用輸出的低倆位就可以表示一個模4計數器）。再用倆片161級聯，用上面第一片來控制這倆片161在模30、模5、模20、模5、再到模30的循環。

4、級聯后的計數器電路控制實現倒計時顯示。模值轉換控制器實現紅綠燈電路。摸值轉換控制器實現模四計數器：用一片161或一片74（內含倆個d觸發器）芯片來表示四種狀態。此處用一片161來實現。及161的輸出端的最低倆位來表示四種狀態（倆高位輸出端不用）。d c b a0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 1這樣就實現了計數器按模30-模5-模20-模5所需的四種狀態的循環。倆片161在模30、模5、模20、模5、再到模30的循環。這是交通燈電路的核心電路部分（三片161芯片）。其他的功能電路（除脈沖產生電路外）都圍繞主控制電路及模值計數電路來實現自己的功能。例如，紅綠燈顯示電路是由起主

5、控制作用的161來控制，倒計時顯示電路是由模值計數電路控制的。總體方案原理框圖：狀態轉移圖：六 . 單元電路設計：(1) 秒脈沖信號發生器電路本設計的脈沖發生器所選用的芯片是555（定時器），在設計中555配合使用兩個電阻（150千歐和4.7千歐）和兩個電容（4.7微法和0.01微法）作為脈沖發生器，其作用是提供脈沖給計時器使其正常工作，通過對計時器的控制間接控制整個系統。原理圖如下：（2）計時及控制電路部分：a.時鐘信號發生器產生一個cp脈沖，計數器74161接受cp脈沖，實現同步計時。兩片74161，實現計數功能，并通過非門產生倒計時。計數器的輸入端用主控制器實現其模值循環。利用同步置數端

6、，當高位輸入為1101、低位輸入為0110時實現模30的計數器；當高位輸入為1111、低位輸入為1011時實現模5的計數器；當高位輸入為1110、低位輸入為0110時實現模20的計數器。b.記時器狀態產生模塊：要以十進制輸出，而又有一些狀態維持時間超過10秒，則必須用兩個74ls161分別產生個位和十位的數字信號。顯然，計數器能夠完成計時功能，我們可以用74ls161設計，并把它的cp端接秒脈沖,而且用倆片161，分別用來控制低位及高位片。74ls161計數器是采用加法計數，要想倒計時，則在74ls161輸出的信號必須經過非門處理后才能接入數碼管的驅動74ls48，而在顯示是最好以人們習慣的數

7、字0-9顯示計時，故在設計不同模值計數器確定有效狀態時，以0110-1111這些狀態為有效狀態。c.實現模10的倒計時。首先對控制個位輸出的74ls161設計按要求對系統的狀態不同，即紅綠燈的狀態不同，個位的進制也就要求不同。本人利用系統的狀態量q1,q2控制74ls161的置數端d0，d1，d2，d3。當系統處在gr或rg狀態時，個位的進制是十（模10），即逢十進一，當系統處在yr或ry狀態時，個位的進制是五（模5），即逢五進一，模10時，有效狀態為0110-0111-1000-1001-1010-1011-1100-1101-1110-1111，置d3，d2，d1，d0為0110，模5時有

8、效狀態為1011，1100，1101，1110，1111，置d3，d2，d1，d0為1011。 當狀態為1111時，74ls161的狀態必須跳到進入下一個循環，此時進位輸出為1，我們可以把它的co非接入置數端ld！。再對控制十位輸出的74ls161設計同設計控制個位輸出的74ls161基本類似，用系統狀態量q1,q2控制十位74ls161的置數端d3，d2，d1，d0。當系統處于gr狀態時置d3，d2，d1，d0為1101，當系統處于yr或ry時置d3，d2，d1，d0為1111，當系統處于rg時置d3，d2，d1，d0為1110。同理我們將co2非接入置數端ld，當計數超過10秒時，個位需向

9、十位進位，此時十位計數，其它時間其保持不變，通過控制十位的ent2或enp2端實現這一功能，把個位的co1接入ent2,enp2接1，當個位需進位，即完成一次循環，co1為1，則ent2=enp2=1,十位開始計數，其他時刻co1=0,則ent2=0,enp2=1，十位保持。161個輸入端的狀態：總控制器輸出高位74ls161輸入低位74ls161輸入1q!1q!2q2qd0d1d2d3d0d1d2d3010111100110011011111011100111010110101011111011高位片：d3=d2=1 d1=q1+q2=（q1！q2?。?！， d0=q1！+q2=（q1q2！）

10、！低位片：d3=d0=q2 ， d2=q2! ， d1=1 設計時把co1,co2的與接入主控電路的雙上升沿d觸發器的cp，當完成一次計時，個位和十位同時完成循環，此時rco1=rco2=0,（其它時刻為1）cp出現一上升沿，觸發器計時，即系統跳到下一個狀態，紅綠燈轉換，計時器開始下一次計時。電路圖如下：（3) 倒計時顯示電路兩片74ls161（四位二進制同步計數器）和八個非門共同構成倒計時控制器，因為74ls161是加法計數器，在對它的每一個輸出取反后，它就成為一個減法計數器，由此實現倒計時功能。74ls161的cp脈沖是由脈沖發生器直接提供的，輸入是由74ls74的輸出控制的，置數控制端是

11、由自身的輸出控制的。74ls48（七段顯示譯碼器）是將74ls161的輸出進行譯碼后輸入到數碼管顯示。74ls161輸出74ls04輸出數碼管顯示高位低位高位低位高位低位111001100001100119111110110000010004110101100010100129111110110000010004電路圖如下：(4) 紅綠燈顯示電路： 紅綠燈顯示也是表示電路所處狀態，其必然與主控電路的狀態一一對應，受到主控電路控制，即主控電路的輸出（q1和q2）決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。如亮用1表示，滅用0表示，則有，q1q2主紅(r)主黃(y)主綠(g)支紅(r)支黃(y)支綠(

12、g)00001100010101001010000111100010我們用中規模器件來實現,因為中規模器件不僅較小規模器件穩定,而且接線也教小規模器件簡單.上面紅綠燈的狀態完全由q1和q2控制,我們可以用74ls161來實現.紅綠燈接線及主控電路接線如下: 七 .總體電路圖八關鍵電路波形圖九、電路組裝、調試過程中發生的問題及解決方法 1. 有時芯片壞了，及時發現換芯片。2.時鐘信號產生電路連接后不知其是否正常工作。后用一個數碼管檢測不太準確，之后用示波器檢測。3狀態產生電路工作不正常:用低位片的進位端“rco”接高位片的“ent”“enp”端，每個芯片的進位端“rco”取反后接各自置入端“lo

13、ad”，檢查置入的數字是否正確，最后用萬用表檢查輸出端電壓是否有明顯變化。 4.數碼管不能正常顯示:首先檢查譯碼芯片74ls48是否接線正常，然后檢查各針腳對應輸出是否正確，最后檢查數碼管接線是否正確。七. 心得體會這次數字電路邏輯設計實習讓我感受頗多。在此過程中，我從毫無頭緒到發現問題，再被問題困擾，再到一步步的跌跌撞撞的解決了所有問題。這個過程當中極大培養了自己的耐心也增強了自信心。這倆周數電課程設計不僅讓我進一步熟悉數字電路課程理論知識，而且學著將所學的知識轉化為實踐中。但同時也意識到理論轉化為實踐的艱難。為期兩周的實習，幾乎每個人都可以把自己的設計成功的完成，動手能力強的人幾天就可以完

14、成，給我印象最深刻的就是：必須要有耐心，有毅力，還要細心。做完實驗回過頭來看，其實實驗并沒有我們剛接觸時那么難，我們要做的就是循序漸進，比如在搭建模塊時，不要指望一步求成，做好實驗前的準備工作是很有必要的：設計框架、畫電路圖、查電板、芯片的好壞，做完一個模塊測試一個模塊等等都是很有必要的，這樣你就會達到事半功倍的效果。以便很快的解決問題，不必浪費太多的時間。 八、參考文獻1.王锍銀主編，<<數字電路邏輯設計>>，高等教育出版社2數字電路實驗指導書作者：師亞莉 戢小亮 西安郵電學院 微電子 系 課程設計 過程考核表學生姓名班級/學號集電0802/04086045承擔任務實

15、驗室（單位）電路與電子技術基礎教學部所在部門電子工程學院實施時間2010年 6 月7 日 2010年 6月18 日具體內容第一周周一：聽老師講授數字電路的設計方法及需要注意的問題；周二：選定題目，并設計電路，完成電路設計；周三：電路仿真；周四：領取元器件，開始組裝電路；周五：組裝電路；第二周周一：組裝電路；周二：老師驗收電路；周三：寫實驗報告；周四：寫實驗報告；周五：實驗總結；指導教師（師傅）姓名職務或職稱指導教師（師傅）對學生的評價學習態度 認真 一般 不認真學習紀律 全勤 偶爾缺勤 經常缺勤實踐能力 很強 一般 較差指導教師（師傅）對學生專業知識或社會實踐能力等情況的意見指導教師（師傅）簽字 年 月 日 學生