1、精選文檔 數(shù)字設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：交通燈控制邏輯電路的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn) 學(xué) 員： 學(xué) 號(hào)： 培養(yǎng)類型： 年 級(jí)： 專 業(yè)： 所屬學(xué)院： 指導(dǎo)教員： 職 稱： 實(shí) 驗(yàn) 室： 實(shí)驗(yàn)日期： 交通燈控制邏輯電路的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 熟悉Multisim仿真軟件的主要功能和使用。2. 熟悉各種常用的MSI時(shí)序邏輯電路的功能和使用。3. 運(yùn)用邏輯設(shè)計(jì)知識(shí)，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用的數(shù)字系統(tǒng)。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求：1.設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)干道各一組指示燈（紅、綠、黃）。要求：當(dāng)甲干道綠燈亮16秒時(shí)，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

2、接著乙干道的綠燈亮16秒，這時(shí)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(huán)，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(tài)變換，畫出基于格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)圖。（2）設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路部分，寫出完整的設(shè)計(jì)過(guò)程，畫出邏輯電路圖。在Multisim仿真平臺(tái)上，搭建設(shè)計(jì)好的該單元電路，測(cè)試驗(yàn)證，將電路調(diào)試正確。（3）設(shè)計(jì)組合邏輯電路部分，寫出完整的設(shè)計(jì)過(guò)程，畫出邏輯電路圖。在Multisim仿真平臺(tái)上，搭建設(shè)計(jì)好的該單元電路，測(cè)試驗(yàn)證，將電路調(diào)試正確。（4）用74LS161計(jì)數(shù)器構(gòu)造16秒定時(shí)和5秒定時(shí)的定時(shí)電路，

3、畫出連線圖。在Multisim仿真平臺(tái)上，選用74LS161芯片連線，測(cè)試驗(yàn)證，將電路調(diào)試正確。（5）在Multisim仿真平臺(tái)上形成整個(gè)系統(tǒng)完整的電路，統(tǒng)調(diào)測(cè)試結(jié)果。三、設(shè)計(jì)思路與基本原理： 依據(jù)功能要求，交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)主要有定時(shí)電路、時(shí)序邏輯電路及信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器組合邏輯電路組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中定時(shí)電路控制時(shí)序邏輯電路狀態(tài)的該表時(shí)間，時(shí)序邏輯電路根據(jù)定時(shí)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而改變狀態(tài)，進(jìn)而通過(guò)組合邏輯電路控制交通燈系統(tǒng)正常運(yùn)行。 在各單元電路的設(shè)計(jì)順序上，最先設(shè)計(jì)基礎(chǔ)格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)圖，由此確定時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)，并完成該部分電路的調(diào)試。接著在設(shè)計(jì)好時(shí)序路邏輯電路的基礎(chǔ)上

4、，根據(jù)狀態(tài)輸出設(shè)計(jì)組合邏輯電路，并完成該部分的調(diào)試。最后完成定時(shí)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試。整合電路，形成整個(gè)系統(tǒng)完整的電路，統(tǒng)調(diào)測(cè)試結(jié)果。圖 1 交通燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4、 各單元電路設(shè)計(jì)與調(diào)試：1. 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試分析交通燈狀態(tài)變換，畫出基于格雷碼順序的交通燈控制狀態(tài)表。由表可知交通燈變換共有4種狀態(tài)，因此需要兩個(gè)觸發(fā)器來(lái)控制其狀態(tài)輸出從0001111000的狀態(tài)循環(huán)。實(shí)驗(yàn)中采用兩個(gè)D觸發(fā)器設(shè)計(jì)電路。交通燈狀態(tài)甲干道乙干道格雷碼（Q1Q0）綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈00011110 畫出二進(jìn)制碼狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q1Q0Q1Q00001011111101000分別畫出Q0、Q1的卡諾圖,由卡諾圖

5、得到激勵(lì)方程：D1(t+1)=Q0 D0(t+1)=Q1 Q0Q101011 100Q0Q101001 101 Q0卡諾圖 Q1卡諾圖 根據(jù)激勵(lì)方程連接電路，并在mulitsim上測(cè)試，電路圖如下：2. 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試在設(shè)計(jì)好時(shí)序邏輯電路的基礎(chǔ)上，對(duì)照交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)化表，設(shè)計(jì)出相應(yīng)輸出狀態(tài)下的組合邏輯電路并測(cè)試。電路圖如下：3. 定時(shí)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試定時(shí)電路部分設(shè)計(jì)是交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心所在。按題目要求，用74LS161設(shè)計(jì)出的電路需要能有16秒定時(shí)器與5秒定時(shí)器功能?？紤]到需要用到74LS161的記滿16進(jìn)位功能，所以在16秒定時(shí)器的預(yù)置數(shù)是0000，在5秒定時(shí)器的預(yù)置數(shù)為1011，

6、不難發(fā)現(xiàn)，其中C的預(yù)置位都為0，故將其直接接地即可。 在16秒定時(shí)器中預(yù)置位A=B=D=0，在5秒定時(shí)器中預(yù)置位A=B=D=1，而他們對(duì)應(yīng)的狀態(tài)Q1Q0分別為00、11和01、10。不難發(fā)現(xiàn)，A=B=D=Q1Q0，所以可以采取該方法預(yù)置輸入。至于清零端，可采取記滿進(jìn)位信號(hào)來(lái)控制。電路圖如下： 5、 整體電路設(shè)計(jì)與調(diào)試在完成了各部分電路的設(shè)計(jì)后，整合電路，完成整個(gè)交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。電路圖如下： 6、 測(cè)試與調(diào)試說(shuō)明（遇到的問(wèn)題及解決辦法）實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交的Multisim文件有定時(shí)器電路文件、時(shí)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(shè)計(jì)過(guò)程中，在時(shí)序邏輯電路及組合邏輯電路中并未遇到問(wèn)題，而在定時(shí)器設(shè)計(jì)電路中剛開始時(shí)如何設(shè)置預(yù)置位困擾了我。在咨詢同學(xué)下，發(fā)現(xiàn)了可以利用Q0與Q1異或達(dá)到要求的目的。7、 總結(jié)與體會(huì) 這次交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)不僅讓我鞏固了平常的知識(shí)，提高了自己運(yùn)用所學(xué)數(shù)字設(shè)計(jì)的能力，而且很大程度開拓了我的思維。這不像實(shí)驗(yàn)書中的實(shí)驗(yàn)?zāi)菢咏o定電路圖，你只需要按圖連接元件就可以。這次實(shí)驗(yàn)需要我們自己發(fā)散思維，自己設(shè)計(jì)電路，很有效的檢驗(yàn)和提高了我的數(shù)電設(shè)計(jì)能力。8、 思考題（1） 用555定時(shí)器構(gòu)造“秒脈沖發(fā)生器