数字电子技术课程设计指导

数字电子技术课程设计指导内容摘要：

定时数据置入计数器，同时使 JK 触发器翻转（ Q=1），定时器进行减计数定时，定时开始，定时指示灯亮。 当定时时间到，即减法计数器为“ 00”时， Bo 为“ 1”，定时结束，这时去控制音响电路呜叫，并灭掉指示灯（ JK 触发器的 /Q=1， Q=0）。 定时显示用 CL002，定时的时标脉冲为“秒”脉冲。 4. 音响电路 音响电路中， f1 和 f2 为两种不同的音响频率，当某组抢答 时，应为多音，其时序应为间断音频输出。 当定时到，应为单音，其时序应为单音频输出，时序如图 所示。 “数字电子技术”课程设计指导书 18 f 1f 2图 音频时序波形图 “数字电子技术”课程设计指导书 19 课题三 交通灯控制逻辑电路设计 一、 简述 为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。 其中红灯（ R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（ Y）亮表示停车；绿灯（ G）亮表示允许通行。 交通灯控制器的系统框图如图 所示。 南 北 方 向N SGYR东 西 方 向E WGYR系 统 控 制 电 路≥ 1分 频 时 标手 动 、 单 步图 交通灯控制器系统框图 二、设计任务和要求 设计一个十字路口交通信号灯控制器， 其要求如下： 1. 满足如图 顺序工作流程。 图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为 NSR、 NSY、 NSG，东西方向的红、 黄、绿灯分别为 EWR、 EWY、 EWG。 它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红 灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。 “数字电子技术”课程设计指导书 20 南 北 向 绿 灯 亮 ， 东 西 向 红 灯 亮 — 占 5 t南 北 向 黄 灯 亮 ， 东 西 向 红 灯 亮 — 占 1 t南 北 向 红 灯 亮 ， 东 西 向 绿 灯 亮 — 占 5 t南 北 向 红 灯 亮 ， 东 西 向 黄 灯 亮 — 占 1 tt 为 时 间 单 位 图 交通灯顺序工作流程图 2. 应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之 和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。 时序工作流程图见图 所示。 图 中，假设每个单位时间为 3 秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为 15 秒、 3 秒、 18 秒，一次循环为 36 秒。 其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。 “数字电子技术”课程设计指导书 21 10 32 54 6 7 8 9 1 0 1 110 32 54 6tN S GN S YN S RE W RE W GE W Yt5 t 6 t图 交通灯时序工作流程图 3. 十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。 具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减 1 计数方式工作，直至减到数为“ 0” ，十字路口红、绿等交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。 例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为 18，并使数显计数器开始减“ 1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显得值应为 3，当减到“ 0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为 18。 4. 可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。 5. 在完成上述任务后，可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。 （ 1）在某一方向（如南北）为十字路口主干道，另一方向（如东西）为次干 道；主干道由于车辆、行人多，而次干道的车辆、行人少，所以主干道绿灯亮的时间可 “数字电子技术”课程设计指导书 22 以选定为次干道绿灯亮时间的 2 倍或 3 倍。 （ 2）用 LED 发光二极管模拟汽车行驶电路。 当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的 LED 发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。 三、可选用器材 1. 通用实验底板 2. 直流稳压电源 3. 交通信号灯及汽车模拟装置 4. 集成电路： 74LS7 74LS16 74LS16 74LS248 及门电路 5. 显示： LC501111，发光二极管 6. 电阻 7. 开关 四、设计方案提示 根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图 ，设计方案可以从以下几部分进行考虑。 1. 秒脉冲和分频器 因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为 5:1:6，所以，若选 4 秒（也可以 3 秒）为一单位时间，则计数器每计 4 秒输出一个脉冲。 这一电路就很容易实现，逻辑电路参考前面有关课题。 2. 交通灯控制器 由波形图可知，计数器每次工 作循环周期为 12，所以可以选用 12 进制计数器。 计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。 这里我们选用中规模74LS164 八位移位寄存器组成扭环形 12进制计数器。 扭环形计数器的状态表如表 “数字电子技术”课程设计指导书 23 所示。 表 状态表 t 计数器输出 南北方向 东西方向 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 NSG NSY NSR EWG EWY EWR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式： 东西方向 绿： 54 EWG  黄： )1(54 CPE W YYEWE W Y  红： 5QEWR 南北方向 绿： 54 NSG  黄： )1(54 CPN S YYNSE W Y  “数字电子技术”课程设计指导书 24 红： 5QNSR 由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标 1s 和 EWY 或 NSY 黄灯信号相“与”即可。 3. 显示控制部分 显示控制部分实际上是一个定时控制电路。 当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减 1，直到计数器为“ 0”而停止。 译码显示可用 74LS248 BCD 码七段译码器，显示器用 LC501111 共阴极LED 显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如 74LS16 74LS193 等。 3. 手动 /自动控制，夜间控制 这可用一选择开关进行。 置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使交通灯在某 一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。 夜间时，将夜间开关接通 ，黄灯闪亮。 4. 汽车模拟运行控制 用移位寄存器组成汽车模拟控制系统，即当某一方向绿灯亮时，则绿灯亮“ G” 信号使该路方向的移位通路打开，而当黄、红灯亮时，则使该方向的移位停止。 如图 所示，为南北方向汽车模拟控制电路。 Q H Q G Q F Q E Q D Q C Q B Q A移 位 寄 存 器7 4 L S 1 6 4 1C PR IQ H Q G Q F Q E Q D Q C Q B Q A移 位 寄 存 器7 4 L S 1 6 4 2C PR IL E Damp。 N S G≥ 1≥ 1N S Y N S R移 位 脉 冲图 汽车模拟控制电路 “数字电子技术”课程设计指导书 25 五、参考电路 根据设计任务和要求，交通信号灯控制器参考电路，如图 所示。 六、参考电路简要说明 1. 单次手动及脉冲电路 单次脉冲是由两个与非门组成的 RS 触发器产生的，当按下 K1 时，有一个脉冲输出使 74LS164 移位计数，实现手动控制。 K2 在自动位置时，由秒脉冲电路经分频后（ 4 分频）输入给 74LS164，这样， 74LS164 为每 4 秒向前移一位（计数 1次）。 秒脉冲电路可用晶振或 RC 振荡电路构成。 “数字电子技术”课程设计指导书 26 GR Y`东西方向EWamp。 amp。 amp。 ≥1amp。 11174LS0474LS1174LS0874LS3274LS1641 2DSADSB/CR5V10KΩK3夜间Q0Q1Q2Q3Q4Q534561011自动手动K2GR Y`南北方向NSamp。 amp。 amp。 ≥1amp。 74LS248a„gD C B AQ3Q2Q1Q0/LD74LS168CPPTU//DD C B A174LS248a„gD C B AQ3Q2Q1Q0/LD74LS168CPPTU//DD C B A1/CO1amp。 74LS248a„gD C B AQ3Q2Q1Q0/LD74LS168CPPTU//DD C B A174LS248a„gD C B AQ3Q2Q1Q0/LD74LS168CPPTU//DD C B A1/CO1amp。 东西方向南北方向LC501111EWR1samp。 amp。 5V10KΩ10KΩ单次74LS00K1189。 74LS74/1DC1189。 74LS74/Q。