数字逻辑课程设计交通信号控制器的设计.doc

发布时间：2022-06-02 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.26M 资料格式：doc 举报版权申诉

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福建农林大学计算机与信息学院信息工程类课程实习报告课程名称：数字电子技术基础实习题目：交通信号控制器姓名：系：计算机专年学业：计算机科学与技术级：号：指导教师：职称： 2009 年 1 月 12 日

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类课程实习报告结果评定评语：成绩：指导教师签字：评定日期：

目录 1 实习的目的和任务………………………………………………………1 2 实习要求…………………………………………………………………1 3 实习地点…………………………………………………………………1 4 主要仪器设备……………………………………………………………1 5 实习内容…………………………………………………………………1 5.1 题目简介………………………………………………………………1 5.2 设计要求………………………………………………………………2 5.3 设计步骤………………………………………………………………2 5.4 同组同学设计内容……………………………………………………7 6 问题讨论与分析…………………………………………………………9 7 结束语……………………………………………………………………10 参考文献……………………………………………………………………10

交通信号控制器 1. 实习的目的和任务 1、熟悉 Multisim 软件的应用，用 Multisim 软件来实现电路的仿真； 2、完成基础性和设计性数字电路的设计和调试，实现 EDA 仿真。 2. 实习要求（1）画出组成框图、总体设计电路图。（2）均采用 Multisim 仿真软件进行仿真。（3）实习报告要按照格式来做。 3. 实习地点：软、硬件实验室软件实验室：个人计算机硬件实验室：个人计算机 4. 主要仪器设备（实验用的软硬件环境）软件环境：Multisim 仿真软件、Windows XP 硬件环境：个人计算机 5. 实习内容 5.1 题目简介交通信号控制器可对一个十字路口两方向的车流情况进行控制，它的工作周期见表 1：表 1 交通信号控制器工作周期表工作周期东西方向南北方向红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯亮亮亮亮亮亮 1 2 3 4 5 6 亮亮亮亮亮亮 1

5.2 设计要求选用 7476（双 JK 触发器）和各种门电路实现电路。 5.3 设计步骤（1）逻辑抽象，画出电路状态转换图 ①由表 1 可知，在时钟信号的作用下，控制器的工作周期依次转换。因此电路没有输入变量，只有 6 个输出变量。用 R E 表示东西方向红灯，用 YE 表示东西方向黄灯，用 GE 表示东西方向绿灯；RS 表示南北方向红灯，YS 表示南北方向黄灯，GS 表示南北方向绿灯。输出变量为 1 时，表示高电平（灯亮），输出变量为 0 时，表示低电平（灯灭）。 ②电路状态数量为 6 个，编号分别用 S0～S5 表示，每个电路状态表示控制器的一个工作周期。 ③依据题意，画出电路转换图如图 2 所示。从图中可知，交通信号控制器的输出只取决于电路当前状态，因此它是穆尔型时序电路。图 2 交通信号控制器状态转换图 /100100 /001100 S0 S5 /100010 /100001 S1 S4 /100100 /010100 S2 S3 （2）状态分配，画出逻辑函数卡诺图 ①确定触发器数目。电路状态数量 M=6，计算出电路需要 3 个触发器。 ②电路状态编码。电路状态 S0～S5 用 3 个触发器的状态组合 Q2Q1Q0 表示。取 S0～ S5 的编码分别为 000，001，010，011，100 和 101。 ③根据图 2 和 S0～S5 的编码，画出表示次态变量 Q2n+1，Q1n+1，Q0n+1 和输出变量 R E， YE，GE，RS，YS，GS 的卡诺图，如图 3 所示。 2

Q1Q0 00 01 11 10 001/100100 010/001100 100/100100 011/010100 101/100001 000/100010 ××/×××××× ××/×××××× Q2 0 1 图 3 Q2n+1，Q1n+1，Q0n+1 和 R E 等的卡诺图从图 3 可以看出，交通信号控制器实际上是由一个同步六进制加法计数器和一个译码器组成，计数器产生二进制代码 000～101，经过译码器再将这些代码分别译成对应的输出高、低电平。因此我们可以将电路分成两部分进行单独设计。（3）逻辑函数化简，写出状态方程、驱动方程和输出方程 ① 同步六进制加法计数器。将图 3 分解为表示 Q2n+1，Q1n+1 和 Q0n+1 的 3 个卡诺图，如图 4 所示。经过化简得到电路状态方程为 Q2n+1= Q1Q0 Q 2+ Q 1 Q 0 Q2 Q1n+1= Q 2Q0 Q 1+ Q 2 Q 0 Q1 Q0n+1= Q 0=1. Q 0+ 1 .Q0 （1）将式（1）中的三个逻辑式与 JK 触发器的特性方程 Q n+1=J Q + K Q 进行比较，得到三个触发器的驱动方程为 J2= Q1Q0 ， K2= 01QQ J1= Q 2Q0 ， K1= 02QQ J0= 1 ， K0=1 （2） 3

Q1Q0 Q2 00 01 11 10 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 × × Q2 Q1Q0 0 1 00 01 11 10 0 0 0 1 0 0 0 1 × × (b) （a） Q2 Q1Q0 00 01 11 10 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 × × × （c）图 4 图 3 卡诺图分解之一（a）Q2n+1；（b）Q1n+1；（c）Q0n+1 ②译码器。将图 3 分解为表示输出变量 R E，YE，GE 和 RS，YS，GS 的 6 个卡诺图，如图 5 所示。 RS= Q 2 YS = Q2Q0 GS= Q2 Q 0 （3）经过化简，得出输出方程 R E= Q2+ Q1Q0+ Q 1 Q 0 YE = Q1 Q 0 GE= Q 2 Q 1Q0 和 4

Q1Q0 Q1Q0 00 01 1 1 1 1 1 1 0 1 1 11 1 1 × × × 10 0 × × Q2 00 01 11 10 0 1 0 0 0 0 0 1 1 × × × （a）（b） Q1Q0 Q1Q0 00 01 11 10 0 0 1 1 0 0 0 × × （c） Q1Q0 00 01 11 10 0 0 0 0 1 0 × × 0 × Q2 Q2 0 1 0 1 00 01 0 1 0 1 1 0 11 0 1 10 0 1 × × （d） Q1Q0 00 01 11 10 0 0 1 0 0 0 × 0 × × Q2 Q2 Q2 0 1 0 1 0 1 （e）（f）图 5 图 3 卡诺图分解之二（a）R E；（b）YE；（c）GE；（d）RS；（e）YS；（f）GS （4）画出逻辑电路图根据式（2）、式（3），画出交通信号控制逻辑图如图 6 所示。 5

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