數(shù)字電子技術(shù)

課程設(shè)計(jì)

湖南第一師范學(xué)院信息科學(xué)與工程系

肖杰編寫

2012年11月

目錄

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)概述..............................1

課題1數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì).........................5

課題2智力競(jìng)賽搶答器邏輯電路設(shè)計(jì)....................12

課題3交通燈限制邏輯電路設(shè)計(jì).......................18

課題4汽車尾燈限制電路..............................27

課題5數(shù)字溫度計(jì).....................................29

課題6多路防盜報(bào)警電路的設(shè)計(jì).......................32

課題7電梯限制電路設(shè)計(jì)...............................34

課題8倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器...................................35

設(shè)計(jì)舉例1：出租車計(jì)費(fèi)器.............................36

設(shè)計(jì)舉例2：籃球競(jìng)賽30秒定時(shí)電路....................45

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)概述

一、本課程設(shè)計(jì)的地位和作用

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，它使學(xué)生自己

通過設(shè)計(jì)和搭建一個(gè)好用電子產(chǎn)品雛形，鞏固和加深在數(shù)字電子技術(shù)課程中的理論

基礎(chǔ)和試驗(yàn)中的基本技能,訓(xùn)練電廣產(chǎn)品制作時(shí)的動(dòng)手實(shí)力。通過該課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)

出符合任務(wù)要求的電路,駕馭通用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟，訓(xùn)練并提高學(xué)生

在文獻(xiàn)檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合實(shí)力，同時(shí)為畢業(yè)設(shè)計(jì)

和畢業(yè)以后從事電子技術(shù)方面的科研和開發(fā)打下肯定的基礎(chǔ)。

二、課程設(shè)計(jì)的目的和要求

1.能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方

法，并初步駕馭小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。

2.能合理、敏捷地應(yīng)用各種標(biāo)準(zhǔn)集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實(shí)現(xiàn)規(guī)定

的數(shù)字系統(tǒng)。

3.培育獨(dú)立思索、獨(dú)立打算資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的實(shí)力。

4.培育獨(dú)立進(jìn)行試驗(yàn)，包括電路布局、安裝、調(diào)試和解除故障的實(shí)力。

5.培育書寫綜合設(shè)計(jì)試驗(yàn)報(bào)告的實(shí)力。

三、課程設(shè)計(jì)的基本要求

依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，從選擇設(shè)計(jì)方案起先，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；選擇合適的器件，畫出

設(shè)計(jì)電路圖；通過安裝、調(diào)試，直至實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的仝部功能。對(duì)電路要求布局合

理，走線清楚，工作牢靠，閱歷收合格后，寫出完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。

四、課程設(shè)計(jì)的具體步驟

電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟是：分析設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)，選擇總體方案,

設(shè)計(jì)單元電路，選擇器件，計(jì)算參數(shù)，畫總體電路圖。進(jìn)行仿真試驗(yàn)和性能測(cè)試。

實(shí)際設(shè)計(jì)過程中往往反復(fù)進(jìn)行以上各步驟，才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，須要敏捷駕馭。

1.總體方案選擇

設(shè)計(jì)電路的第?步就是選擇總體方案，就是依據(jù)提出的設(shè)計(jì)任務(wù)要求及性能指

標(biāo)，用具有肯定功能的若干單元電路組成?個(gè)整體，來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)提出的各項(xiàng)要

求和技術(shù)指標(biāo)。

設(shè)計(jì)過程中，往往有多種方案可以選擇，應(yīng)針對(duì)任務(wù)要求，查閱資料，權(quán)衡各

方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從中選優(yōu)。

2.單元電路的設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)單元電路的一般方法和步驟

A.依據(jù)設(shè)計(jì)要求和選定的總體方案原理圖，確定對(duì)各單元電路的設(shè)計(jì)要求，

必要時(shí)應(yīng)具體擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。

B.擬定出各單元電路的要求后，對(duì)它們進(jìn)行設(shè)計(jì)。

C.單元電路設(shè)計(jì)應(yīng)采納符合的電平標(biāo)準(zhǔn)。

2.2元器件的選擇

針對(duì)數(shù)字電路的課程設(shè)計(jì)，在搭建單元電路時(shí)，對(duì)于特定功能單元選擇主要集

成塊的余地較小。比如時(shí)鐘電路選555,轉(zhuǎn)換電路選0809,譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路也

都相對(duì)固定。但由于電路參數(shù)要求不同，還須要通過選擇參數(shù)來確定集成塊型號(hào)。

一個(gè)電路設(shè)計(jì)，單用數(shù)字電路課程內(nèi)容是不夠的，往往同時(shí)摻有線性電路元件和集

成塊，因此還需對(duì)相應(yīng)內(nèi)容熟識(shí)，比如運(yùn)算放大器的種類和基本用法，集成比較器

和集成穩(wěn)壓電路的特性和用法?？傊?，構(gòu)建單元電路時(shí)，選擇器件的電平標(biāo)準(zhǔn)和電

流特性很重要。一般的門電路、時(shí)序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)

模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣和存儲(chǔ)電路等，參數(shù)選擇恰當(dāng)可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設(shè)計(jì)

成本。

單元電路設(shè)計(jì)過程中，阻容元件的選擇也很關(guān)鍵。它們的種類繁多，性能各異。

優(yōu)選的電阻和電容協(xié)助于數(shù)字電路的設(shè)計(jì)可以使其功能多樣化、完整化。

3.單元電路調(diào)整與連調(diào)

數(shù)字電路設(shè)計(jì)以邏輯關(guān)系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關(guān)系與它們

之間的正確傳遞確定了設(shè)計(jì)內(nèi)容的成敗。具體步驟要求每一個(gè)單元電路都須經(jīng)過調(diào)

整，有條件狀況下可應(yīng)用邏輯分析儀進(jìn)行測(cè)試，確保單元正確。各單元之間的匹配

連接是設(shè)計(jì)的最終步驟，主要包含兩方面，分別是電平區(qū)配和驅(qū)動(dòng)電流匹配。它也

是整個(gè)設(shè)計(jì)勝利的關(guān)鍵一步。

4.衡量設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)

工作穩(wěn)定牢靠；能達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚浑娐泛啙崳杀?/p>

低，功耗低；器件數(shù)目少，集成體積小，便于生產(chǎn)和維護(hù)。

五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求

課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：

1.對(duì)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行簡要闡述。

2.設(shè)計(jì)任務(wù)及其具體要求。

3.總體設(shè)計(jì)方案方框圖及各部分電路設(shè)計(jì)（含各部分電路功能、輸入信號(hào)、

輸出信號(hào)、電路設(shè)計(jì)原理圖及其功能闡述、所選用的集成出路器件等）。

4,整機(jī)電路圖（電路圖應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號(hào)繪制，電路圖中應(yīng)標(biāo)明接線引出端

名稱、元件編號(hào)等）。

5.器件清單。

6.調(diào)試結(jié)果記錄。

7.總結(jié)與體會(huì)。

課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊、數(shù)據(jù)詳實(shí)。

課題1數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì)

一、簡述

數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)、日的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘

相比，它具有走時(shí)精確，顯示直觀、無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)

用。小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)

顯電子鐘。

圖1.1數(shù)字電子鐘框圖

由圖1.1可見，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成

的秒脈沖發(fā)生器：校時(shí)電路：六十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器,二十四進(jìn)制（或十二進(jìn)制）

計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器；秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等。

二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示口、時(shí)、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如

下：

1.由晶振電路產(chǎn)生1Hz標(biāo)淮秒信號(hào)。

2.秒、分為00?59六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

3.時(shí)為00?23二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

4.周顯示從1?日為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

5.可手動(dòng)校時(shí)：能分別進(jìn)行秒、分、時(shí)、日的校時(shí)。只要將開關(guān)置于手動(dòng)位置，可

分別對(duì)秒、分、時(shí)、日進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)詠沖輸入的校正。

6.整點(diǎn)報(bào)時(shí)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要求在每個(gè)整點(diǎn)前嗚叫五次低音(500Hz),整點(diǎn)時(shí)再嗚

叫一次高音(1000Hz)。

三、可選用器材

1.通用試驗(yàn)底板

2.直流穩(wěn)壓電源

3.集成電路:CD集成、74LS74.74LS16K74LS248及門電路

4.晶振；32768Hz

5.電容：100主F/16V、22pF、3?22pF之間

6.電阻：200Qn10KQ>22MQ

7.電位器：2.2KQ或4.7KQ

8.數(shù)顯：共陰顯示器LC5011-11

9.開關(guān)：單次按鍵

10.三極管：8050

11.喇叭：1W/4,80

四、設(shè)計(jì)方案提示

依據(jù)設(shè)il-任務(wù)和要求，比照數(shù)字電子鐘的框圖，可以分以下幾部分進(jìn)行模塊化

設(shè)計(jì)。

1.秒脈沖發(fā)生器

脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度確定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，

通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768

Hz,通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出，電路圖如圖1.2所示。

74LS74

CD4060

產(chǎn)?2pN丁

32768Hz22MQ0

圖1.2秒脈沖發(fā)生器

2.計(jì)數(shù)譯碼顯示

秒、分、時(shí)、日分別為60、60、24、7進(jìn)制計(jì)數(shù)器、秒、分均為60進(jìn)制，即顯

示00?59,它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為

()0?23,個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2,而個(gè)位計(jì)到4時(shí)

清零，就為二十四進(jìn)制了。

周為七進(jìn)制數(shù)，按人們一般的概念一周的顯示日期“日、1、2、3、4、5、6”,

所以我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，應(yīng)依據(jù)譯碼顯示器的狀態(tài)表來進(jìn)行，如表1.1所

示。

按表1.1狀態(tài)表不難設(shè)計(jì)出“日”計(jì)數(shù)器的電路(日用數(shù)字8代替)。

全部計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采納BCD—七段譯碼器，顯示器采納共陰或共陽的顯

示器。

Q4Q3Q2Q1顯示

1000日

00011

00102

00113

01004

01015

01106

表1.1狀態(tài)表

3.校時(shí)電路

在剛剛開機(jī)接通電源時(shí)，由于日、時(shí)、分、秒為隨意值，所以，須要進(jìn)行調(diào)

整。

置開關(guān)在手動(dòng)位置，分別對(duì)時(shí)、分、秒、日進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或

連續(xù)脈沖輸入。

4.整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)前六秒時(shí)，須要報(bào)時(shí)，這可用譯碼電路來解決。

即

當(dāng)分為59時(shí);則秒在計(jì)數(shù)計(jì)到54時(shí)，輸出一延時(shí)高電平去打開低音與門，使報(bào)時(shí)

聲按500Hz頻率嗚叫5聲，直至秒計(jì)數(shù)器計(jì)到58時(shí)，結(jié)束這高電平脈沖；當(dāng)秒計(jì)

數(shù)至I]59時(shí),則去驅(qū)動(dòng)高音IKHz頻率輸出而鳴叫1聲。

五、參考電路

數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖如圖1.3所示。

日1?日時(shí)00?23分00?59秒00?59

J.C5011-11X7

abcdefg

74LS24874LS24874LS248

DCBA

74LS

o

74LSOOo

巫s

n

一IEw74LS20

3.

港

KQ3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1QO

74LS161Cp<74LS161Cp^74LS161cp(

西

ZCR_______JgR________/CR_______

山

里

危

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鍬

樂

,

遂

74LS74

ID

六、參考電路簡要說明

1.秒脈沖電路

由晶振32768Hz經(jīng)14分頻器分頻為2Hz,再經(jīng)一次分頻，即得1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈

沖，供時(shí)鐘計(jì)數(shù)器用。

2.單次脈沖、連續(xù)脈沖

這主要是供手動(dòng)校時(shí)用。若開關(guān)K1打在單次端，要調(diào)整口、時(shí)、分、秒即可

按單次脈沖進(jìn)行校正。如K1在單次，K2在手動(dòng)，則此時(shí)按動(dòng)單次脈沖鍵，使周計(jì)

數(shù)器從星期1到星期口計(jì)數(shù)。若開關(guān)K1處于連續(xù)端，則校正時(shí)，不須要按動(dòng)單次

脈沖，即可進(jìn)行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門電路構(gòu)成。

3.秒、分、時(shí)、日計(jì)數(shù)器

這?部分電路均運(yùn)用中規(guī)模集成電路74LS161實(shí)現(xiàn)秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，其中

秒、分為六十進(jìn)制，時(shí)為二十四進(jìn)制。從圖3中可以發(fā)覺秒、分兩組計(jì)數(shù)器完全相

同。當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)，再來一個(gè)脈沖變成00,然后再重新起先計(jì)數(shù)。圖中利用“異

步清零”反饋到/CR端，而實(shí)現(xiàn)個(gè)位十進(jìn)制，十位六進(jìn)制的功能。

時(shí)計(jì)數(shù)器為二十四進(jìn)制，當(dāng)起先計(jì)數(shù)時(shí)，個(gè)位按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到23時(shí)，

這時(shí)再來一個(gè)脈沖，應(yīng)當(dāng)回到“零”。所以，這里必需使個(gè)位既能完成十進(jìn)制計(jì)數(shù),

又能在凹凸位滿意“23”這一數(shù)字后，時(shí)計(jì)數(shù)器清零，圖中采納了十位的“2”和個(gè)

位的“4”相與非后再清零。

對(duì)于H計(jì)數(shù)器電路，它是由四個(gè)D觸發(fā)器組成的（也可以用JK觸發(fā)器），其

邏輯功能滿意了表1,即當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到6后，再來一個(gè)脈沖，用7的瞬態(tài)將Q4、Q3、

Q2、Q1置數(shù),即為“1000”,從而顯示“日”（8）。

4.譯碼、顯示

譯碼、顯示很簡潔，采納共陰極LED數(shù)碼管LC50U-U和譯碼器74LS248,

當(dāng)然也可用共陽數(shù)碼管和譯碼器。

5.整點(diǎn)報(bào)時(shí)

當(dāng)計(jì)數(shù)到整點(diǎn)的前6秒鐘，此時(shí)應(yīng)當(dāng)打算報(bào)時(shí)。圖3中，當(dāng)分計(jì)到59分時(shí)，

將分觸發(fā)器QH置1,而等到秒計(jì)數(shù)到54秒時(shí)，將秒觸發(fā)器QL置1,然后通過QL

與QH相與后再和1s標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)相與而去限制低音喇叭嗚叫，直至59秒時(shí)，產(chǎn)生

一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使QL清0,停止低音嗚叫，同時(shí)59秒信號(hào)的反相又和QH相與后

去限制高音喇叭嗚叫。當(dāng)計(jì)到分、秒從59：59-00：00時(shí),嗚叫結(jié)束，完成整點(diǎn)報(bào)

時(shí)。

6.嗚叫電路

嗚叫電路由高、低兩種頻率通過或門去驅(qū)動(dòng)一個(gè)三極管，帶動(dòng)喇叭嗚叫。IKHz

和500Hz從晶振分頻器近似獲得。如圖中CD4060分頻器的輸出端Q5和Q60Q5

輸出頻率為1024Hz,Q6輸出頻率為512Hz。

課題2智力競(jìng)賽搶答器邏輯電路設(shè)計(jì)

一、簡述

智力競(jìng)賽是一種生動(dòng)活潑的教化形式和方法，通過搶答和必答兩種方式能引

起參賽者和觀眾的極大愛好，并旦能在極短的時(shí)間內(nèi)，使人們?cè)黾右恍┛茖W(xué)學(xué)問和

生活學(xué)問。

實(shí)際進(jìn)行智力競(jìng)賽時(shí)，一般分為若干組，各組對(duì)主持人提出的問題，分必答

和搶答兩種。必答有時(shí)間限制，到時(shí)要告警，回答問題正確與否，由主持人判別加

分還是減分，成果評(píng)定結(jié)果要用電子裝置顯示。搶答時(shí)，要判定哪組優(yōu)先，并予以

指示和鳴叫。

因此，要完成以上智力競(jìng)賽搶答器邏輯功能的數(shù)字邏輯限制系統(tǒng)，至少應(yīng)包

括以下幾個(gè)部分。

1.計(jì)分、顯示部分；

2.判別選組限制部分；

3.定時(shí)電路和音響部分。

二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

用TTL或CMOS集成電路設(shè)計(jì)智力競(jìng)賽搶答器邏輯限制電路，具體要求如下:

1.搶答組數(shù)為4組，輸入搶答信號(hào)的限制電路應(yīng)由無抖動(dòng)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。

2.判別選組電路。能快速、精確地判處搶答者，同時(shí)能解除其它組的干擾信

號(hào)，閉鎖其它各路輸入使其它組再按開關(guān)時(shí)失去作用，并能對(duì)搶中者有光、聲顯示

和嗚叫指示。

3.計(jì)數(shù)、顯示電路。每組有三位十進(jìn)制計(jì)分顯示電路，能進(jìn)行加/減計(jì)分。

4.定時(shí)及音響。

必答時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)燈亮，以示起先，當(dāng)時(shí)間到要發(fā)出單音調(diào)“嘟”聲，并熄

滅指示燈。

搶答時(shí)，當(dāng)搶答起先后，指示燈應(yīng)閃亮。當(dāng)有某組搶答時(shí)，指示燈滅，最先

搶答一組的燈亮，并發(fā)出音響。也可以驅(qū)動(dòng)組別數(shù)字顯示（用數(shù)碼管顯示）?；卮饐?/p>

題的時(shí)間應(yīng)可調(diào)整，分別為10s、20s、50s>60s或稍長些。

4.主持人應(yīng)有復(fù)位按鈕。搶答和必答定時(shí)應(yīng)有手動(dòng)限制。

三、可選用器材

1.通用試驗(yàn)底板

2.直流穩(wěn)壓電源

3.集成電路:74LS190、74LS48、CD集成、74LS112及門電路

4.顯示器：LCD5011-U、CL002、發(fā)光二極管

5.撥碼開關(guān)（8421碼）

6.阻容元件、電位器

7.喇叭、開關(guān)等

四、設(shè)計(jì)方案提示

1.復(fù)位和搶答開關(guān)輸入防抖電路,可采納加汲取電容或RS觸發(fā)器電路來完成。

2.判別選組實(shí)現(xiàn)的方法可以用觸發(fā)器和組合電路完成，也可用一些特殊器件組

成。例如用MC14599或CD4099八路可尋址輸出鎖存器來實(shí)現(xiàn)。

3.計(jì)數(shù)顯示電路可用8421碼撥碼開關(guān)譯碼電路顯示。8421碼撥碼開關(guān)能進(jìn)行

加或減計(jì)數(shù)。也可用加/減計(jì)數(shù)器（如74LS193）來組成。譯碼、顯示用共陰或共陽

組件，也可用CLOO2譯碼顯示器。

4.定時(shí)電路。當(dāng)有開關(guān)啟動(dòng)定時(shí)器時(shí)，使定時(shí)計(jì)數(shù)器按減計(jì)數(shù)或加計(jì)數(shù)方式進(jìn)

行工作，并使一指示燈亮，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，輸出一脈沖，驅(qū)動(dòng)音響電路工作，并使

指示燈滅。

五、參考電路

依據(jù)智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，其邏輯參考電路如下圖所示。

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圖2.1四組智力競(jìng)賽搶答器邏輯限制電路參考圖

六、參考電路簡要說明

圖2.1為四組智力競(jìng)賽搶答器邏輯限制電路參考圖，若要增加組數(shù)，則須要把

計(jì)分顯示部分增加即可。

1.計(jì)分部分

每組均由8421碼撥fi馬開關(guān)KS-1,完成分?jǐn)?shù)的增和減，每

組為三位，個(gè)、十、百位，每位可以單獨(dú)進(jìn)行加減。例如：100分加1()分變?yōu)?1()

分，只需按動(dòng)撥碼開關(guān)十位“+”號(hào)一次；若加“20”分，只要按動(dòng)“+”號(hào)兩次。

若減分，方法相同，即按動(dòng)“一”號(hào)就能完成減數(shù)計(jì)分。

順便提一下，計(jì)分電路也可以用電子開關(guān)或集成加、減法計(jì)數(shù)器來組合完成。

2.判組電路

這部分電路由RS觸發(fā)器完成，CD4043為二態(tài)RS鎖存觸

發(fā)器，當(dāng)S1按下時(shí)，QI為1,這時(shí)或非門74LS25為低電平，封鎖了其它組的輸入。

Q1為I,使發(fā)光管D1發(fā)亮，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)音響電路嗚叫，實(shí)現(xiàn)聲、光的指示。輸入

端采納了阻容方法，以防止開關(guān)抖動(dòng)。

3.定時(shí)電路

當(dāng)進(jìn)行搶答或必答時(shí)，主持人按動(dòng)單次脈沖起動(dòng)開關(guān)，使

定時(shí)數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器，同時(shí)使JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)(Q=l),定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)定時(shí)，定

時(shí)起先，定時(shí)指示燈亮。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，即減法計(jì)數(shù)器為“00”時(shí)，B。為“1”，定

時(shí)結(jié)束，這時(shí)去限制音響電路嗚叫，并滅掉指示燈(JK觸發(fā)器的/Q=l,Q=0)o

定時(shí)顯示用CL002,定時(shí)的時(shí)標(biāo)脈沖為“秒”脈沖。

4.音響電路

音響電路中，fl和f2為兩種不同的音響頻率，當(dāng)某組搶答

時(shí)，應(yīng)為多音，其時(shí)序應(yīng)為間斷音頻輸出。當(dāng)定時(shí)到，應(yīng)為單音，其時(shí)序應(yīng)為單音

頻輸出，時(shí)序如圖2.2所示＜

njiruirm__rnwu^

吃_rLrLn_n_rm_n_

圖2.2音頻時(shí)序波形圖

課題3交通燈限制邏輯電路設(shè)計(jì)

一、簡述

為了確保十字路口的車輛順當(dāng)、暢通地通過，往往都采納自動(dòng)限制的交通信號(hào)

燈來進(jìn)行指揮。其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；

綠燈（G）亮表示允許通行c

交通燈限制器的系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。

3.1交通燈限制器系統(tǒng)框圖

二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通信號(hào)燈限制器，其要求如下：

1.滿意如圖3.2依次工作流程。

圖中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NSG,東西方向的紅、

黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWGo

它們的工作方式，有些必需是并行進(jìn)行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅

燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南

北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。

南北向綠燈亮，東西向紅燈亮一占5t

南北向黃燈亮，東西向紅燈亮一占It

南北向紅燈亮，東西向綠燈亮一占5t

南北向紅燈亮，東西向黃燈亮一占It

It為時(shí)間單位

圖3.2交通燈依次工作流程圖

2.應(yīng)滿意兩個(gè)方向的工作時(shí)序：即東西方向亮紅燈時(shí)間應(yīng)等于南北方向亮黃、

綠燈時(shí)間之和，南北方向亮紅燈時(shí)間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時(shí)間之和。時(shí)序工

作流程圖見圖3.3所示。

圖3.3中，假設(shè)每個(gè)單位時(shí)間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間

分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。其中紅燈亮的時(shí)間為綠燈、黃燈亮

的時(shí)間之和，黃燈是間歇閃爍。

3.十字路口要有數(shù)字顯示，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間。具體

為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計(jì)數(shù)方式工作，直至減

到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠等交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的

工作循環(huán)。

例如：當(dāng)南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時(shí)，置南北方向數(shù)字顯示為18,并使數(shù)顯

計(jì)數(shù)器起先減“1”計(jì)數(shù)，當(dāng)減到綠燈滅而黃燈亮（閃爍）時(shí)，數(shù)顯得值應(yīng)為3,當(dāng)

減到“0”時(shí)，此時(shí)黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時(shí)，使得東西方向的綠燈亮,

并置東西方向的數(shù)顯為18。

012345678910110123456

dTrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrL

圖3.3交通燈時(shí)序工作流程圖

4.可以手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)限制，夜間為黃燈閃爍。

5.在完成上述任務(wù)后，可以對(duì)電路進(jìn)行以下幾方面的電路改進(jìn)或擴(kuò)展。

（1）在某一方向（如南北）為十字路口主干道，另一方向（如東西）為次干道;

主干道由于車輛、行人多，而次干道的車輛、行人少，所以主干道綠燈亮的時(shí)間可

以選定為次干道綠燈亮?xí)r間的2倍或3倍。

（2）用LED發(fā)光二極管模擬汽車行駛電路。當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，這一方向

的發(fā)光二極管接通，并一個(gè)一個(gè)向前移動(dòng)，表示汽車在行駛；當(dāng)遇到黃燈亮?xí)r，移

位發(fā)光二極管就停止，而過了十字路口的移位發(fā)光二極管接著向前移動(dòng)；紅燈亮?xí)r,

則另一方向轉(zhuǎn)為綠燈亮，那么，這一方向的LED發(fā)光二極管就起先移位（表示這一

方向的車輛行駛）。

三、可選用器材

1.通用試驗(yàn)底板

2.直流穩(wěn)壓電源

3.交通信號(hào)燈及汽車模擬裝置

4.集成電路:74LS74.74LS164.74LS168、74LS248及門電路

5.顯示：LC5011-11,發(fā)光二極管

6.電阻

7.開關(guān)

四、設(shè)計(jì)方案提示

依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，參考交通燈限制器的邏輯電路主要框圖3.1,設(shè)計(jì)方案可

以從以下幾部分進(jìn)行考慮。

1.秒脈沖和分頻器

因十字路口每個(gè)方向綠、黃、紅燈所亮?xí)r間比例分別為5:1:6,所以，若選4

秒（也可以3秒）為一單位時(shí)間，則計(jì)數(shù)器每計(jì)4秒輸出一個(gè)脈沖。這一電路就很

簡潔實(shí)現(xiàn)，謖輯電路參考前面有關(guān)課題。

2.交通燈限制器

由波形圖可知，計(jì)數(shù)器每次工作循環(huán)周期為12,所以可以選用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

計(jì)數(shù)器可以用單觸發(fā)器組成，也可以用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器。這里我們選用中規(guī)模

74LS164八位移位寄存器組成扭環(huán)形12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表如表

3.1所示。

表3.1狀態(tài)表

t計(jì)數(shù)器輸出南北方向東西方向

Q0QIQ2Q3Q4Q5NSGNSYNSREWGEVVYEWR

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11000001001

依據(jù)狀態(tài)表，我們不難列出東西方向和南北方向綠、黃、紅燈的謖輯表達(dá)式:

東西方向綠：EWG=Q4Q5

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黃：EWY=Q1-Q5(EWY=EWY-CPI)

紅：EWR=Q^

南北方向綠：NSG=Q&Q5

黃：EWY=Q4@(NSP=NSYCP1)

紅：NSR=Q5

由于黃燈要求閃爍幾次，所以用時(shí)標(biāo)1s和EWY或NSY黃燈信號(hào)相“與”即

可。

3.顯示限制部分

顯示限制部分事實(shí)上是一個(gè)定時(shí)限制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計(jì)數(shù)器起先工

作（用對(duì)方的紅燈信號(hào)限制），每來一個(gè)秒脈沖，使計(jì)數(shù)器減1,直到計(jì)數(shù)器為“0”

而停止。譯碼顯示可用74LS248BCD碼七段譯碼器，顯示器用LC50U-U共陰極

LED顯示器，計(jì)數(shù)器材用可預(yù)置加、減法計(jì)數(shù)器，如74LS168、74LS193等。

3.手動(dòng)/自動(dòng)限制，夜間限制

這可用一選擇開關(guān)進(jìn)行。置開關(guān)在手動(dòng)位置，輸入單次脈沖，可使交通燈在

某

一位置上，開關(guān)在自動(dòng)位置時(shí)，則交通信號(hào)燈按自動(dòng)循環(huán)工作方式運(yùn)行。夜間時(shí)，

將夜間開關(guān)接通，黃燈閃亮。

4.汽車模擬運(yùn)行限制

用移位寄存器組成汽車模擬限制系統(tǒng)，即當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，則綠燈亮“G”

信號(hào)使該路方向的移位通路打開，而當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r，則使該方向的移位停止。如

圖3.4所示，為南北方向汽車模擬限制電路。

圖3.4汽車模擬限制電路

五、參考電路

依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，交通信號(hào)燈限制器參考電路，如圖3.5所示。

六、參考電路簡要說明

1.單次手動(dòng)及脈沖電路

單次脈沖是由兩個(gè)與非門組成的RS觸發(fā)器產(chǎn)生的，當(dāng)按下K1時(shí)，有一個(gè)脈

沖輸出訪74LS164移位計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)限制。K2在自動(dòng)位置時(shí)，由秒脈沖電路經(jīng)

分頻后（4分頻）輸入給74LS164,這樣，74LS164為每4秒向前移一位（計(jì)數(shù)1

次）。秒脈沖電路可用晶振或RC振蕩電路構(gòu)成。

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圖3.5交通信號(hào)燈限制器參考電路

2.限制器部分

它由74LSI64組成扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，然后經(jīng)譯碼后輸出十字路口南北、東西兩

個(gè)方向的限制信號(hào)。其中黃燈信號(hào)必需滿意閃爍，并在夜間時(shí)，使黃燈閃亮，而綠、

紅燈滅。

3.數(shù)字顯示部分

當(dāng)南北方向綠燈亮，而東西方向紅燈亮?xí)r，使南北方向的74LS168以減法計(jì)

數(shù)器方式工作，從數(shù)字“24”起先往下減，當(dāng)減到“0”時(shí)，南北方向綠燈滅，紅

燈亮，而東西方向紅燈火，綠燈亮。由于東西方向紅燈火信號(hào)（EWR：0）使與門

關(guān)斷，減法計(jì)數(shù)器工作結(jié)束，而南北方向紅燈亮便另一方向一一東西方向減法計(jì)數(shù)

器起先工作。

在減法計(jì)數(shù)起先之前，由黃燈亮信號(hào)使減法計(jì)數(shù)器先置入數(shù)據(jù)，圖中接入

U/。和萬的信號(hào)就是由黃燈亮（為高電平）時(shí)，置入數(shù)據(jù)。黃燈滅（Y=0）而紅

燈亮（R=l）起先減計(jì)數(shù)。

4.汽車模擬限制電路

這一部分電路參考圖4。當(dāng)黃燈（Y）或紅燈（R〕亮?xí)r，則這端為高（H）

電

平，在CP移位脈沖作用卜，而向前移位，高電平“H”從QH始終移到QA（圖中

74LS164-1）由于綠燈在紅燈和黃燈位高電平常，它為低電平，所以74LS164-1QA

的信號(hào)就不能送到74LS164-2移位寄存器的RI端。這樣，就模擬了當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r

汽車停止的功能。而當(dāng)綠燈亮，黃、紅燈滅（G=l,R=0,Y=0）時(shí)，74LS164-1、

74LSI64-2都能作CP移位脈沖作用下向前移位。這就意吹著綠燈亮?xí)r汽車向前運(yùn)行

這一功能。

要說明一點(diǎn)，交通燈限制器實(shí)現(xiàn)方法許多，這里就不一一舉例了。

課題4汽車尾燈限制電路

一、設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)構(gòu)成一個(gè)限制汽車六個(gè)尾燈的電路，用六個(gè)指示燈模擬六個(gè)尾燈(汽車每

側(cè)三個(gè)燈)，并用兩個(gè)撥動(dòng)式(乒乓)開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎信號(hào)源；一個(gè)兵乓開關(guān)用于指

示右轉(zhuǎn)彎，一個(gè)乒乓開關(guān)用于指示左轉(zhuǎn)彎，假如兩個(gè)乒區(qū)開關(guān)都被接通，說明駕駛

員是一個(gè)外行，緊急閃爍器起作用。

?暗o亮

??e-KD?e-KDooo-

(a)

邏輯電平指示

控制電路

IW~V

邏輯開關(guān)時(shí)鐘產(chǎn)生

(b)

(a)尾燈閃爍器(b)尾燈控制電路方框圖

圖4.1

右轉(zhuǎn)彎時(shí)三個(gè)右邊的燈應(yīng)動(dòng)作，左邊的燈則全滅，右邊的燈如圖4.1(a)所示,

周期性光明與暗，一周約需一秒，對(duì)于左轉(zhuǎn)彎，左邊燈的操作應(yīng)相類似；當(dāng)緊急閃

爍起作用時(shí)，六個(gè)尾燈大約以1Hz的頻率?樣地閃爍著亮與暗。同時(shí)，電路還用一

個(gè)開關(guān)模擬腳踏制動(dòng)器，制動(dòng)時(shí)，若轉(zhuǎn)彎開關(guān)未合上(或錯(cuò)誤地將兩個(gè)開關(guān)均合上

的狀況)全部六個(gè)尾燈均連續(xù)燃亮，在轉(zhuǎn)彎的狀況下，三個(gè)轉(zhuǎn)向的尾燈應(yīng)正常動(dòng)作,

另三個(gè)尾燈連續(xù)亮。另一個(gè)開關(guān)模擬停車，停車時(shí)，全部尾燈亮度為正常的一半。

二、提示

汽車尾燈限制電路由四部分組成，如圖4.1(b)所示，限制電路、時(shí)鐘發(fā)生電

路、邏輯開關(guān)及邏輯電平指示。

(1)轉(zhuǎn)彎信號(hào)是四狀態(tài)計(jì)數(shù)電路，可由小規(guī)模觸發(fā)器構(gòu)成，也可由中規(guī)模計(jì)數(shù)

器構(gòu)成。

(2)時(shí)鐘產(chǎn)生電路,可由555定時(shí)器構(gòu)成1Hz信號(hào)和50Hz信號(hào)(用于停車時(shí)，

尾燈亮度為正常一半)。接線圖由同學(xué)自己擬定。

三、設(shè)計(jì)要求

(1)設(shè)置轉(zhuǎn)彎信號(hào)狀態(tài)計(jì)數(shù)電路。

(2)設(shè)置時(shí)鐘發(fā)生電路(f=lHz)o

(3)設(shè)置限制電路。

(4)設(shè)置邏輯開關(guān)。

(5)畫出汽車尾燈限制電路圖。

四、供應(yīng)器材

(1)74LS11三輸入與門2片。

(2)74LS175觸發(fā)器1片。

(3)74LS20四輸入與非門3片。

(4)74LS00四兩輸入與非門3片。

(5)74LS04反相器1片。

(6)CD40106反相施密特觸發(fā)器1片。