数字逻辑电路课程设计

课 程 设 计 报 告

课程设计名称：数字逻辑电路 系 别： 三 系 学生姓名： 朱 强 班 级： 13软件2班 学 号： 20130311227 成 绩： 指导教师： 朱慧博

开课时间： 2014-2015 学年第一学期

一．

设计题目

题目：交通信号灯控制器

二．

主要内容

1)设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道

汇合成十字路口，在每个入口处设置红绿黄LED做信号灯，用传感器或逻辑开关作检测车辆是否到来的信号。

2） 主干道每次放行60秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路

3）每次由绿灯转换为红灯时，要亮5秒黄灯作为过度，使行驶中的车辆有时间停到禁行线外，设立5秒计时、显示电路。

三．具体要求

1、对所设计电路的功能明确 2、熟悉软件的基本操作

3、报告中课题总体设计功能复合

四．进度安排 序 号 1 2 3 4 课题设计 设计内容 选题，查阅所需资料，熟悉课题功能要求。 仿真软件操作练习。 课题总体功能设计 各分功能环节的设计与实现 总体功能调试实现 整理完成设计报告 合 计

所用时间 1天 1天 1天 2天 2天 1天 8天 5天

五．成绩评定

1、考核方法：总成绩由平时成绩和设计、报告成绩三部分组成，各部分比例为20%,20%，60%。 2、成绩评定:

（1）平时成绩：无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为0分，无故旷课三次总成绩为0分。迟到15分钟按旷课处理

（2）设计成绩：按照实际的设计过程及最终的实现结果给出相应的成绩。

（3）设计报告成绩：按照提交报告的质量给出相应的成绩。

目录

1总体设计方案 ............................................................. 2

2 控制电路设计 ............................................................. 2

2.1 控制电路工作原理 ..................................................... 2

2.2 控制电路设计过程 ..................................................... 4

3 倒计时电路设计 ........................................................... 5

4 译码显示电路设计 ......................................................... 9

4.1动态显示工作原理 ..................................................... 9

4.2动态显示及译码电路设计 ............................................... 9

5 总体电路设计 ............................................................ 11

6 电路仿真调试····························································12

7 改进意见及收获体会·······················································16

8 参考文献·································································17

1

1 总体设计方案

交通灯控制器的总体功能框图

控制器 红绿灯 数码管 倒计时 计数器 显示扫描 、译码 时钟

交通灯控制器的功能框图

2 控制电路设计

2.1 控制电路工作原理：

设主干道绿灯，黄灯，红灯分别为G1,Y1,R1；支干道绿灯，黄灯，红灯分别为G2,Y2,R2；并且均用0表示灭，1表示亮，则交通灯有如下四种输出状态：

状态 S0 S1 S2 S3

00 01 10 11 G1Y1R1 100 010 001 001 G2Y2R2 001 001 100 010 2

采用四位二进制计数器74161实现控制器的四个状态循环。当倒计时计数器值为01时，产生74161的技术使能信号，使控制器从当前状态转入下一个状态。因此，计数值01可作为控制器状态转换的条件T1=T,同时也可产生同步置数信号，将下一状态的计数初值置入计数器。

状态转换图为：

T1=0 T1=1 T1=0

T1=1 T1=1 T1=0 S0 S1 S3

T1=1 S2 T1=0

3

2.2控制电路设计过程

由状态表可以得到：G QQmY;YQQmY1BA001BA11

控制电路图：

R1QBQAQBQAm2m3Y2Y3;G2QBQAm2Y2Y2QBQAm3Y3;R2QBQAQBQAm0m1Y0Y1VCCNOTOUTPUTG1inst1074161LDNABCDENTENPCLRNcpINPUTVCCinst74139A1B1A2B2G1NG2Ninst3GNDNOTenclrnINPUTVCCINPUTVCCQAQBQCQDRCOY10NY11NY12NY13NY20NY21NY22NY23NOUTPUTy1inst11NAND2OUTPUTR1inst14NOTOUTPUTG2inst12NOTOUTPUTCLKCOUNTER2:4 DECODERy2inst13NAND2OUTPUTR2inst15OUTPUTOUTPUTq1q0GND

4

3 倒计时电路设计

CP LDN 现态 Q3Q2Q1Q0 次态 Q3Q2Q1Q0 (D3D2D1D0) 1 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0 0000 **** Mux2的原理图：

D0INPUTVCC1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 1001 DCBA AND2OR2OUTPUTYinstNOTinst5inst6AND2D1INPUTVCCinst4AINPUTVCC

5

计数器原理图：

VCCq1nq0nAND2mux2comOR2Ainst14q[1]DCBAINPUTVCCINPUTVCCINPUTVCCINPUTVCCAND2inst29D0D1Ainst5Yq0ninst15q[1]q[0]AND2DFFEDPRNq[0]QNOTq0ninst16q[2]AND2cominst17AND2OR3mux2BENACLRNinstinst9inst25D0D1Ainst6YDFFEDPRNq[1]QNOTq[3]q1ninst18q[3]q0ninst19q[2]q[0]AND2OR3AND2ENACLRNinst1inst10mux2Cinst20q[2]OUTPUTOUTPUTAND2inst26D0D1Ainst7YDFFEDPRNq[2]QNOTq2nq[3..0]minq[1]inst21q3nq2nq1nq0nminOR2ENACLRNinst2inst11AND4mux2DDFFEinst24q[3]q[0]AND2inst30D0D1Ainst8YDPRNq[3]QNOTENACLRNinst3q3ninst22inst23ldnINPUTVCCNOTOR2inst12enINPUTVCCINPUTVCCinst13cpcrnINPUTVCC

6

减法计数器电路图：

VCCproject10D3Dq[3..0]OUTPUTl[3..0]ldnINPUTVCCcpINPUTVCCD0INPUTVCCD1INPUTVCCD2INPUTVCCD3INPUTVCCD4INPUTVCCD5INPUTVCCD6INPUTVCCD7INPUTVCCD2D2CminD1BAldnencpcrninst1project10D7OUTPUTD6Dq[3..0]h[3..0]D5CminD4BAldnencpcrnAND2OUTPUTT1inst2l[0]AND4inst14l[3]NOTinst10l[2]NOTinst13inst11l[1]NOTinst127

主干道和支干道倒计时电路设计

当主干道或只干道减法计数器值为01时，产生同步置数信号，将下一状态计数初值置入。

主干道预置数 支干道预置数 主支干道预置数 状态 D7D6D5D4 S0 S1 S2 S3

主干道、支干道倒计时电路图：

VCCINPUTD3D2D1D0 0101 0 0000 0 0101 0 0000 0 D7D6D5D4 0001 0101 0001 0111 D3D2D1D0 010主 支 00 01 10 11 0 0 1 0 00005 5 001001050 5 400001005 5 001101060 5 6rstinst25PIN_163inst9NOTdecldnl[3..0]cph[3..0]D0T1D1D2D3D4D5D6D7inst3AND2L1[3..0]cpINPUTVCCH1[3..0]PIN_78q1nq0instAND2NOTinst5q0OR2inst2decldnl[3..0]cph[3..0]D0T1D1D2D3D4D5D6D7inst4GNDL2[3..0]H2[3..0]q1q0AND2NOTinst1inst6q08

4 译码显示电路设计

4.1动态显示工作原理

EDA实验板上一共有8个数码管，如果按照传统的数码管驱动方式，则需要8个七段译码器和个I/O口进行驱动，这样就会浪费大量的资源。所以最常见的数码管驱动电路为动态扫描显示。

数码扫描显示原理：利用人眼的视觉暂留效应，把多个数码管按一定顺序进行点亮。当点亮的频率（即扫描频率）不大时，人眼看到的数码管一个个的依次点亮，然而扫描频率足够大时，看到的不再是一个一个的点亮，而是同时全部点亮。 4.2动态显示及译码电路设计 译码器代码

--bcd-7seg LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_11.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

ENTITY bcd_7seg IS PORT(

in_data:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); out_data:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ); END bcd_7seg;

ARCHITECTURE rtl of bcd_7seg IS BEGIN

PROCESS(in_data) BEGIN

CASE in_data IS

WHEN \"0000\"=>out_data<=\"00111111\";

9

WHEN \"0001\"=>out_data<=\"00000110\"; WHEN \"0010\"=>out_data<=\"01011011\"; WHEN \"0011\"=>out_data<=\"01001111\"; WHEN \"0100\"=>out_data<=\"01100110\"; WHEN \"0101\"=>out_data<=\"01101101\"; WHEN \"0110\"=>out_data<=\"01111100\"; WHEN \"0111\"=>out_data<=\"00000111\"; WHEN \"1000\"=>out_data<=\"01111111\"; WHEN \"1001\"=>out_data<=\"01100111\"; WHEN OTHERS=>out_data<=\"00000000\"; END CASE; END PROCESS; END rtl

动态显示电路图：

74153VCCH1[0]l1[0]TFFTcpscanINPUTVCCPRNSEL0QTFFh2[0]TPRNsel1QH1[1]l2[0]CLRNinstCLRNinst1l1[1]h2[1]l2[1]AB1GN1C01C11C21C32GN2C02C12C22C3inst61Y2Ydin[0]din[1]bcd_7segdin[3..0]in_data[3..0]out_data[7..0]SEG[7..0]MULTIPLEXERh1[3..0]l1[3..0]h2[3..0]l2[3..0]OUTPUTINPUTVCCINPUTVCCINPUTVCCINPUTVCC74153AB1GN1C01C11C21C32GN2C02C12C22C3inst7GNDinst4H1[2]l1[2]h2[2]l2[2]H1[3]l1[3]h2[3]l2[3]1Y2Ydin[2]din[3]SEG[7..0]OUTPUTsel0OUTPUTsel1MULTIPLEXER

10

5 总体电路设计

整体电路图：

DTXScpsINPUTVCCcpsH1[3..0]L1[3..0]H2[3..0]OUTPUTS[7..0]SEL0SEL1PIN_79VCCINPUTrstL2[3..0]inst9inst25PIN_163NOTcpscanh1[3..0]l1[3..0]h2[3..0]l2[3..0]inst10SEG[7..0]sel0sel1OUTPUTOUTPUTPIN_46PIN_132PIN_131PIN_128PIN_127PIN_126PIN_125PIN_122PIN_121PIN_47decldnl[3..0]cph[3..0]D0T1D1D2D3D4D5D6D7inst3AND2L1[3..0]cpINPUTVCCH1[3..0]PIN_78q1nq0instAND2OUTPUTOUTPUTOUTPUTg1y1r1PIN_36PIN_37PIN_38NOTinst5q0OR2jtdrstinst2cpenclrncpdecldnl[3..0]cph[3..0]D0T1D1D2D3D4D5D6D7inst4GNDG1y1R1G2y2R2q1q0OUTPUTOUTPUTOUTPUTg2y2r2NOTPIN_39PIN_40PIN_41q1nL2[3..0]H2[3..0]inst7q1q0AND2inst18NOTinst1inst6NOTq0ninst19q0OUTPUTOUTPUTq1q0

引脚配置图：

11

6 电路仿真调试

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14

15

15

7 改进意见及收获体会

本次设计实现了交通灯倒计时功能并通过显示频显示,与其同步的实现了交通信号灯相应状态显示。

开始的时候，我发现这次题目对于我来说真的很难，设计之初是不知如何下手，我就先把个芯片的功能以及之前实验课的电路图温习了一遍，看着朱老师给的数字电路资料和视频慢慢地清楚的知道自己要做什么，怎么做，当然在这过程中，我遇到了很多问题，甚至要重新画电路图，但在朱老师的帮助下，得以顺利解决。

通过这次课程设计，我对数字电路在实际生活中的应用有了深刻的理解，该实验加强了我动手、思考和解决问题的能力。虽然花了很多的时间，但学到了很多东西。做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍，增强了自己对知识的理解，做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，而且设计也是一个团队的任务，相互帮助，配合默契，当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋。这次课程设计锻炼我们团队合作精神，这是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加重要。挫折是一份财富，经历是一份拥通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和思考的能力。

非常感谢朱慧博老师，老师悉心指导是我顺利完成实习的保证。

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参考文献

[1] 阎石.数字电子技术基础[M].5版.北京：高等教育出版社，2006. [2] 石建平.数字电子技术[M].北京：国防工业出版社，2011.

[3] 王艳春.电子技术实验与Multisim仿真[M].合肥：合肥工业大学出版社，2011. [4] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2006. [5] 方大千、鲍俏伟《实用电子控制电路》 国防工业出版社 [6] 康华光《电子技术基础——数字部分》 高等教育出版社

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