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本科实验报告
实验名称： 交 通 灯 控 制 器
课程名称： 任课教师： 实验教师： 学生姓名： 学号/班级： 学 院： 专 业： 课程设计II（数字电路） 张延军 田东 实验类型： 倪正超 1120133797 30011302 徐特立学院 徐特立英才班
实验时间： 实验地点： 第19周 4-333 □ 原理验证 ■ 综合设计 □ 自主创新 组 号： 同组搭档： 成 绩：
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课程设计II —— 交通灯控制器
一、实验目的
1. 巩固所学《数字电路与系统设计》知识，学习数字系统设计方法； 2. 用中小规模集成电路设计、安装、调试一个小型数字控制系统：交通灯控制器；
3. 使用MULTISIM对所设计系统进行仿真；
4. 掌握数字系统的调试方法：应该学会用示波器来进行测试。
二、实验原理
1. 数字系统的概念
数字系统是指对数字信息进行存储、传输、处理的电子系统。它的输入和输出都是数字量。通常把门电路、触发器等称为逻辑器件；将由逻辑器件构成，能执行某单一功能的电路，如计数器、译码器、加法器等，称为逻辑功能部件；把由逻辑功能部件组成的能实现复杂功能的数字电路称数字系统。
数字系统和功能部件之间的区别之一在于功能是否单一。一个存储器尽管规模很大，可以达到数兆甚至G字节，但因其功能单一，只能算是逻辑部件；而由几片MSI构成的交通灯控制器却可称为系统。数字系统和功能部件之间的区别之二在于是否包含控制电路。一个数字电路，无论其规模大小，只有在具有控制电路的情况下才能称之为系统。
2. 数字模块与数字系统的设计思路——自顶向下的设计方法
自顶向下的设计方法是从整体系统功能出发，按一定原则将系统划分为若干子系统，再将每个子系统分为若干功能块，再将每个模块分成若干较小的模块……直至分成多基本模块实现。
《数字电路与系统设计》课程中我们接触到的数字模块有：多路选择器、译码器、计数器、移位寄存器、状态机等等。一个数字系统可看成由若干数字模块组成的。进行设计时可以先将系统分解为若干个子系统（模块），每个子系统完成某一功能。将每个子系统设计完毕后，再由子系统构成整个系统。仿真、安装、调试时可逐个模块进行，再将它们连接起来进行调试。
3. 交通灯控制器的原理设计 （1）交通灯功能概述
交通灯示意图如下所示，其中传感器的作用为判断支路是否有车辆通过（或
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等候），若支路无车，则主路绿灯常亮。其中主路绿灯时间为TM=16s，支路绿灯时间为TB=12s，黄灯时间为TY=3s，支路传感器信号为VS（支路有车，则VS为高电平）。
主路M传感器GYRGYR传感器支路B 图1 交通灯示意图 （2）交通灯系统框图 框图结构如下： 译 码 器红 绿 灯Q1CLKQ0VS红 绿 灯控 制 器LDCNTTL驱动电路TSTY定 时 器时间显示控制电路BCD-七段显示译码器手动控制七段数码管 图2 交通灯系统的组成框图（左）及实现框图（右） 其中，定时器用74LS163计数器，BCD-七段显示译码器用74LS248，驱动电路中的触发器用D触发器，使用双D触发器74LS74。值得注意的是74LS163为加法计数器，但在交通灯控制器中所需要的是倒计时功能，即实现减法计数器，故需将74LS163计数器的输出反相，并采用预置法实现模M计数。 （3）交通灯控制器状态图
交通灯控制器状态转换示意图如下。（注：在状态图中，TL=1代表主路绿灯时间已倒计为0，TY, TS同；VS=1表示支路有车）。
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MGBRS000S101MYBRMRBYS310S211MRBG
图3 交通灯控制器状态转换图
状态方程：Q0n?1?Q1Q0?TLVS?QQ10?1?Q1Q0?TSVS?Q1Q0?0
Q1n?1?Q1Q0?0?QQ10?TY?Q1Q0?1?Q1Q0?TY
从状态方程可以看出，用4-1MUX实现较为简单。
状态个数为4，故所需D触发器个数为2，其驱动方程即为状态方程。
（4）定时器的设计
主路绿灯时间为TM=16s，支路绿灯时间为TB=12s，黄灯时间为TY=3s. 在每个状态下所需预置的数不同，列表如下： S0 S1 S2 S3 Q1 0 0 1 1 Q0 0 1 1 0 下一状态持续时间 TY 0 0 1 1 TB 1 1 0 0 TY 0 0 1 1 TM D 1 0 1 0 C 1 1 1 0 B 0 0 0 0 A 1 0 1 0 1 0 0 0 0 从表中可得：
D?S0?1?S1?0?S2?1?S3?0 C?S0?1?S1?1?S2?1?S3?0 B?S0?0?S1?0?S2?0?S3?0?0 A?S0?1?S1?0?S2?1?S3?0?D
故采用4-1MUX实现以上逻辑函数较为简单，且实现D，C逻辑函数即可。
（5）时钟CLK的发生原理
用555定时器构成多谐振荡器，产生频率为1Hz的时钟信号。
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三、元件清单
1. NE555
555定时器 四 2 与非门 六 非门 四 2 与门 四 2 或门 双 D触发器 双 4-1多路选择器 4位二进制同步计数器 BCD-七段显示译码器 3-8 译码器
1片 2片 1片 3片 1片 1片 2片 1片 1片 1片 6个 1或2片
2. 74LS00 3. 74LS04 4. 74LS08 5. 74LS32 6. 74LS74 7. 74LS153 8. 74LS163 9. 74LS248 10. 74LS138 11. LED
12. 七段显示器
13. 电阻、电容、导线若干
四、实验内容和主要步骤
1. 时钟信号的发生
用555定时器构成多谐振荡器，原理图如右图所示，用MULTISIM仿真结果可得其振荡频率为1Hz。
图4 时钟信号的发生原理图
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北京理工大学数字电路-课程设计交通灯控制器预习报告
