1、數字設計課程實驗報告實驗名稱： 交通燈控制邏輯電路的設計與仿真實現學 員：培養類型：專 業：指導教員：實 驗 室：學 號： 年 級： 所屬學院：職 稱： 實驗日期：交通燈控制邏輯電路的設計與仿真實現一、實驗目的：熟悉 Multisim 仿真軟件的主要功能和使用。熟悉各種常用的 MSI 時序邏輯電路的功能和使用。運用邏輯設計知識，學會設計簡單實用的數字系統。二、實驗任務及要求：1. 設計一個甲干道和乙干道交叉十字路口的交通燈控制邏輯電路。每個干道各一組 指示燈（紅、綠、黃）。要求：當甲干道綠燈亮 16 秒時，乙干道的紅燈亮；接著甲干道 的黃燈亮 5 秒，乙干道紅燈依然亮；緊接著乙干道的綠燈亮 1

2、6秒，這時甲干道紅燈亮； 然后乙干道黃燈亮 5 秒，甲干道紅燈依然亮；最后又是甲干道綠燈亮，乙干道變紅燈， 依照以上順序循環，甲乙干道的綠紅黃交通指示燈分別亮著。2. 要求：（1）分析交通燈狀態變換，畫出基于格雷碼順序的交通燈控制狀態圖。（2）設計時序邏輯電路部分，寫出完整的設計過程，畫出邏輯電路圖。 在 Multisim 仿真平臺上，搭建設計好的該單元電路，測試驗證，將電路調試正確。（3）設計組合邏輯電路部分，寫出完整的設計過程，畫出邏輯電路圖。 在 Multisim 仿真平臺上，搭建設計好的該單元電路，測試驗證，將電路調試正確。（4）用 74LS161 計數器構造 16 秒定時和 5 秒定

3、時的定時電路，畫出連線圖。在 Multisim 仿真平臺上，選用 74LS161芯片連線，測試驗證，將電路調試正確。（5）在 Multisim 仿真平臺上形成整個系統完整的電路，統調測試結果。三、設計思路與基本原理：依據功能要求， 交通燈控制系統應主要有定時電路、 時序邏輯電路及信號燈轉換器組 合邏輯電路組成，系統的結構框圖如圖 1 所示。其中定時電路控制時序邏輯電路狀態的 該表時間，時序邏輯電路根據定時電路的驅動信號而改變狀態，進而通過組合邏輯電路控制交通燈系統正常運行。在各單元電路的設計順序上，最先設計基礎格雷碼順序的交通燈控制狀態圖，由此 確定時序邏輯電路的設計，并完成該部分電路的調試。

4、接著在設計好時序路邏輯電路的 基礎上，根據狀態輸出設計組合邏輯電路，并完成該部分的調試。最后完成定時電路的 設計與調試。整合電路，形成整個系統完整的電路，統調測試結果。圖 1 交通燈控制系統結構框圖四、各單元電路設計與調試：時序邏輯電路的設計與調試分析交通燈狀態變換，畫出基于格雷碼順序的交通燈控制狀態表。由表可知交通燈變換共有 4 種狀態，因此需要兩個觸發器來控制其狀態輸出從 00 011110 00 的狀態循環。實驗中采用兩個 D 觸發器設計電路。畫出二進制碼狀態表交通燈狀態甲干道乙干道格雷碼（Q1Q0）綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈00011110現態次態Q1Q0Q1Q0000101111110

5、1000分別畫出 Q0、Q1的卡諾圖 , 由卡諾圖得到激勵方程：D0(t+1)= Q1Q0Q101011100D1(t+1) =Q0Q0Q101001101Q0 卡諾圖Q1 卡諾圖根據激勵方程連接電路，并在 mulitsim 上測試，電路圖如下：組合邏輯電路的設計與調試在設計好時序邏輯電路的基礎上，對照交通燈狀態轉化表，設計出相應輸出 狀態下的組合邏輯電路并測試。電路圖如下：定時電路的設計與調試 定時電路部分設計是交通燈系統設計的核心所在。按題目要求，用 74LS161 設計出的電路需要能有 16 秒定時器與 5秒定時器功能。考慮到需要用到 74LS161 的記滿 16進位功能，所以在 16秒

6、定時器的預置數是 0000，在 5秒定時器的預置 數為 1011，不難發現，其中 C的預置位都為 0，故將其直接接地即可。 在 16 秒 定時器中預置位 A=B=D=，0 在 5 秒定時器中預置位 A=B=D=，1 而他們對應的狀態 Q1Q0分別為 00、11和 01、10。不難發現， A=B=D=1QQ0，所以可以采取該方法預 置輸入。至于清零端，可采取記滿進位信號來控制。電路圖如下：五、整體電路設計與調試在完成了各部分電路的設計后，整合電路，完成整個交通燈系統的設計與仿真。 電路圖如下：六、測試與調試說明（遇到的問題及解決辦法）實驗結果提交的 Multisim 文件有定時器電路文件、時序電路文件、組合譯碼電路文 件及完整的交通燈電路文件。如圖所示：在設計過程中，在時序邏輯電路及組合邏輯電路中并未遇到問題，而在定時器設計 電路中剛開始時如何設置預置位困擾了我。在咨詢同學下，發現了可以利用Q0與 Q1異或達到要求的目的。七、總結與體會這次交通燈系統設計與仿真實驗不僅讓我鞏固了平常的知識，提高了自己運用所學 數字設計的能力，而且很大程度開拓了我的思維。這不像實驗書中的實驗那樣給定電路 圖，你只需要按圖連接元件就可以。這次實驗需要我們自己發散思維，自己設計電路， 很有效的檢驗和提高了我的數電設計能力。八、思考題（1）用 555 定時器構造“秒脈沖發