数电课程设计――简易交通灯控制逻辑电路 (1)

课程设计说明书课程名称：数字电子技术课程设计题目：简易交通灯控制逻辑电路学生姓名：陈卓斌专业：____________班级：____________学号：____________指导教师：____________日期：2011年01月09日课程设计任务书一、设计题目简易交通灯控制逻辑电路设计二、主要内容及要求要求实现逻辑功能：1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间60s。2、东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间45s。4、如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。三、进度安排1、2011.01.01-2011.01.07复习归纳触发器、计数器的逻辑功能2、2011.01.08查找常用器件的资料，包括：型号中文名称英文名称7473双j-k触发器(带清除端)DualJKFF(Clr)7474正沿触发双d型触发器(带预置端和清除端)DualD-typeFF(pre,clr)741383-8线译码器/多路转换器3-To-8-LineDemultiplexer74153双4选1数据选择器/多路选择器Dual4-to-1DataSel/MUX74192同步可逆计数器(bcd,二进制)SynchronousUp/DownCounter3、2011.01.09使用EWB5.12辅助设计电路，并进行调试。完成任务设计书。四、总评成绩【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第3页共32页简易交通灯控制逻辑电路设计一、设计任务与要求要求实现逻辑功能，在1-3状态循环。1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s；2、东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s；3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s；4、如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。二、方案设计与论证y1、分解任务要求任务要求实际上就是4个状态，不妨设：S1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s；S2、东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s；S3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s；S4、如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。【表1】主电路状态与指示灯状态转换主电路状态S1RS1GS2YS3RS3GS111S21S311S411灯数南北R＝2东西G＝2东南西北Y＝4东西R＝2南北G＝2注:R，G，Y＝红，绿，黄灯。【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第4页共32页根据【表1】可知，设计电路只需要5组输出端控制指示灯，指示灯都是以2个或4个一组。总计需要1234个灯。2、输出指示灯状态设计（显示电路）【图1】显示电路设计▲3、主电路设计①、主电路实现S1→S2→S3状态的转换，↑↓②、另外可以在任何一个状态进入S4，并能恢复正常工作状态。实现①、②可以用触发器，也可以用锁存器或使能电路。③、实现S1＝15S，S2＝5S，S3＝10S方案一①、S1-S3使用2个SR锁存器，设置00，01，10三个状态。②、S4使用触发器，当出现紧急情况，触发器由“0”进入S4状态“1”后，在解除紧急时，恢复“0”，进入S1状态。③、使用4个JK触发器，实现16位计数。【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第5页共32页方案二①、S1-S3使用2个7473替代的T触发器。【图2】1个7473替代的T触发器▲JK触发器包含SR触发器和T触发器的功能，J=K=T，则得到T触发器。②、S4使用或门、非门实现，从【表1】可知：411SSRS411SSGS(不能出现红绿同时亮的情况)422SSYS(不能出现红黄同时亮的情况)433SSRS433SSGS(不能出现红绿同时亮的情况)③、使用74192同步可逆10进制计数器（8421码）2个方案对比【表2】方案项目实现方法优点缺点一①S1-S32个锁存器简单电平触发，与时钟信号不匹配②S4触发器解除紧急（S4）后指定回到S1③T4个JK触发器复杂二①S1-S32个T触发器下降脉冲触【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第6页共32页发，与时钟信号匹配②S4或门、非门解除紧急（S4）后回到S1/S2/S3任一状态，不固定③T2个74192计数器容易处理，可显示数值综合考虑，为使电路简化、运行稳定，选用方案二。三、单元电路设计与参数计算【图3】总体模块设计▲1、时钟控制系统：使用上升时序，个位、十位两片74192。进位关联使用个位TCU＝十位UP实现（TerminalCountUp(Carry)Line）。数据状态通过判断条件进入选择器74153。判断条件成立后执行清零。2、时序Sx控制：使用7473改装的TFF2个，实现S1→S2→S3状态的转换。↑↓3、判断时钟、Sx：判断74192和7473的状态，满足条件输出74192的清零【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第7页共32页使能和7473的CLK信号。4、翻译Sx－LED，翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态：GSRSYSGSRS3,3,2,1,15、输出调整电路，令紧急电平开关控制LED的状态。四、总电路工作原理及元器件清单1．总原理图【图4】【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第8页共32页【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第9页共32页2．电路完整工作过程描述（总体工作原理）【图5】数据线分配▲【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第10页共32页【表3】数据线连接序号名称触发方式条件输出源输入①A(Emergency)1紧急状态信号“紧急”电平开关74138[3]CG9[1]G10[1]②B/741921判断个位达到574192[G0]74153[B]③C/74192(2)1判断十位达到174192(2)[3]QA74153[4]1C2[11]2C1[13]2C3④TCU(TerminalCountUp(Carry)Line)↑个位从9→0同时输出一个脉冲74192[12]CO’或称TCU’74192(2)[5]UP或称CPU⑤ECLR/74153清零使能1B、C/74192Q0、Q1/7473的逻辑函数74153[G4]74192[G1]74192(2)[G2]⑥Q0/74730,1状态触发条件7473[12]1Q74138[1]A74153[14]A⑦Q1/74730,1状态触发条件7473[9]2Q74138[2]B74153[1]1G’【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第11页共32页【表4】74192工作状态（个位）02QQB74192[7]74192[6]74192[2]74192[3]7419274192[B]3Q2Q1Q0Q数码管B000000001100102001130100401015101106011171000810019注：不填＝0【表5】74192(2)工作状态（十位）0QC74192[7]74192[6]74192[2]74192[3]7419274192[B]3Q2Q1Q0Q数码管C00000000111注：不填＝0【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第12页共32页【表6】7473工作状态（双T触发器）用JKFF构成TFF011110000QTJKQQTJK则有：1011100**QQQQQQQ使2个T触发器的4状态循环变为3状态循环，使用1Q0Q作系统状态。10CLKCLK由选择器74153判断。7473[9]2Q[12]1Q7473[8]2Q’[13]1Q’状态1Q0Q1Q0Q持续时间S1001115SS201105SS3110010S【图6】状态转换图▲【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第13页共32页【表7】74153工作状态（数据选择器）2Y1YECLR/74153⑤7473747374192074192⑦7473⑥11313220100QEbQEaCbIbIaIaIbIbIaIaIBBQAPIN输入输出7473[9]2Q[12]1Q74153[14]74153[2]74153[1]74192(2)74153[G4]状态1Q0QABEa③C⑤ECLRS100010aIC21S201110aIC31输入输出7473[9]2Q[12]1Q74153[14]74153[2]74153[15]74192(2)74153[G4]状态1Q0QABEb③C⑤ECLRS3111×0bICbIC311状态CLK7473Q1⑦7473Q0⑥74192B②74192(2)C③S110011S21011XS3111X12Y1YECLR/74153⑤CLKPIN【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第14页共32页S0选择输入CommonSelectInputE选通输入Enable(ActiveLow)InputI0,I1数据输入MultiplexerInputsZ输出MultiplexerOutput【图7】74153TurthTable▲【图8】74153LogicSymbol▲【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高效！您的最优化选择！第15页共32页【表8】74138工作状态（3-8线译码器）y)A(Emergenc①73737473⑥10CQBQAPIN74153PIN[3][2][1]输出LEDLEDLEDLEDLED74153NameCBAYRS1GS1YS2RS3GS3S10000Y11S20011Y1S30113Y11S41004Y111015Y111106Y111117Y11C/74192(2)③4110YSSRS0411YSSGS1422YSSYSC/74192(2)③4333YSSRS3433YSSGS由于74138输出的是Y而不是Y，另外需要实现+的逻辑，所以增加G6～G1来调整线路。后一页附图。【卓越商城2100】--电信/移动/联通/魔兽/QQ/200卡/200充值诚信！快速！高