數字電子技術課程設計報告

電子課程設計是電子技術學習中非常重要的乙個環節，是將理論知識和實踐能力相統一的乙個環節，是真正鍛鍊學生能力的乙個環節。只有真正做到融會貫通，學以致用，並努力動手實踐，才能體會到其中最深切的內涵。

隨著現代電子技術的發展，人們處於乙個資訊時代。每天都要通過電視、廣播、通訊、網際網路等多種**獲取大量的資訊。而現代資訊的儲存、處理和傳輸越來越趨於數位化。

在人們的日常生活中，常用的計算機、電視機、音響系統、**記錄裝置、長途電信等電子裝置或電子系統，無一不採用數位電路或數字系統。因此，數字電子技術的應用越來越廣泛。

城市十字交叉路口為確保車輛、行人安全有序地通過，都設有指揮訊號燈。交通訊號燈的出現，使交通得以有效地管制，對於疏導交通、減少交通事故有明顯的效果。現有2條主幹道匯合點形成十字交叉口，為確保車輛安全、迅速的通行，在交叉路口的每條道上設定一組交通燈，交通燈由紅、黃、綠3色組成。

紅燈亮表示此通道禁止車輛通過路口；黃燈亮表示此通道未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續通行；綠燈亮表示該通道車輛可以通行。要求設計一交通燈控制電路以控制十字路口兩組交通燈的狀態轉換，指揮車輛安全通行。

依據功能要求，交通燈控制系統應主要由秒脈衝訊號發生器﹑倒計時計數電路和訊號燈轉換器組成，原理框圖如圖1所示。秒脈衝訊號發生器是該系統中倒計時計數電路和黃燈閃爍控制電路的標準時鐘訊號源。倒計時計數器輸出兩組驅動訊號和，分別為黃燈閃爍和變換為紅燈的控制訊號，這兩個訊號經訊號燈轉換器控制訊號燈工作。

倒計時計數電路是系統的主要部分，由它控制訊號燈轉換器的工作。

要實現45s的倒計時，需選用兩個74190晶元級聯成乙個從99到00的計數器，其中作為個位數的74190晶元的clk接秒脈衝發生器，再把個位數74190晶元輸出端、用乙個與門連起來，再接在十位數74190晶元的clk端。當個位數減到0時，再減1就會變成9，0（0000）和9（1001）之間的、同時由0變為1，把、與起來接在十位數74190晶元的clk端，此時會給十位數74190晶元乙個脈衝數字減1，相當於借位。

預置數功能功能：用8個開關分別接十位數74190晶元的d、c、b、a端和個位數74190晶元的d、c、b、a端。預置數的範圍為1~99。斷開相當於接0，合上相當於接1。

1.3總體設計框圖

圖 1.1總體設計框圖

圖2.1 與門邏輯圖和74ls08的引腳圖

圖2.1 74ls08的功能表

圖2.2 與非邏輯圖和74ls00的引腳圖

圖2.2 74ls00的功能表

圖2.3 jk觸發器的邏輯圖和引腳圖

1.cp=0時，觸發器處於乙個穩態。　　cp為0時，g3、g4被封鎖，不論j、k為何種狀態，q3、q4均為1，另一方面,g12、g22也被cp封鎖,因而由與或非門組成的觸發器處於乙個穩定狀態，使輸出q、q狀態不變。

2.cp由0變1時，觸發器不翻轉，為接收輸入訊號作準備。設觸發器原狀態為q=0，q=1。

當cp由0變1時，有兩個訊號通道影響觸發器的輸出狀態，乙個是g12和g22開啟，直接影響觸發器的輸出，另乙個是g4和g3開啟，再經g13和g23影響觸發器的狀態。前乙個通道隻經一級與門，而後乙個通道則要經一級與非門和一級與門，顯然cp的跳變經前者影響輸出比經後者要快得多。在cp由0變1時，g22的輸出首先由0變1，這時無論g23為何種狀態（即無論j、k為何狀態），都使q仍為0。

由於q同時連線g12和g13的輸入端，因此它們的輸出均為0，使g11的輸出q=1，觸發器的狀態不變。cp由0變1後，開啟g3和g4，為接收輸入訊號j、k作好準備。

3.cp 由1變0時觸發器翻轉

設輸入訊號j=1、k=0，則q3=0、q4=1，g13和g23的輸出均為0。當cp 下降沿到來時,g22的輸出由1變0,則有q=1，使g13輸出為1，q=0，觸發器翻轉。雖然cp變0後，g3、g4、g12和g22封鎖，q3=q4=1，但由於與非門的延遲時間比與門長（在製造工藝上予以保證）,因此q3和q4這一新狀態的穩定是在觸發器翻轉之後。

由此可知,該觸發器在cp下降沿觸發翻轉，cp一旦到0電平，則將觸發器封鎖，處於(1)所分析的情況。

圖2.4 74190邏輯圖

計數器選用積體電路74190。74190是十進位制同步可逆計算器，具有非同步並行置數功能、保持功能。由於74190沒有專用的清零輸入端，要借用、、、的輸出資料間接的實現清零功能。

74ls190是預置是非同步的，當置入控制端（ ld ）為低電平時，不管時鐘cp 的狀態如何，輸出端（q0～q3）即可預置成與資料輸入端（d0～d3）相一致的狀態。190 的計數是同步的，靠cp 加在4 個觸發器上而實現。當計數控制端（ct ）為低電平時，在cp 上公升沿作用下q0～q3同時變化，從而消除了非同步計數器中出現的計數尖峰。

當計數方式控制（u /d）為低電平時進行加計數，當計數方式控制（u /d）為高電平時進行減計數。只有在cp 為高電平時ct 和

u /d 才可以跳變。190 有超前進製功能。當計數溢位時，進製/錯位輸出端（co/bo）輸出乙個低電平脈衝，其寬度為cp 脈衝週期的高電平脈衝；行波時鐘輸出端（ rc ）輸出乙個寬度等於cp 低電

平部分的低電平脈衝。利用 rc 端，可級聯成n 位同步計數器。當採用並行cp控制時，則將rc 接到後一級ct ；當採用並行ct 控制時，則將rc 接到後一級cp。

co/bo 進製輸出/錯位輸出端；

cp 時鐘輸入端（上公升沿有效）；

ct 計數控制端（低電平有效）；

d0～d3 並行資料輸入端；

ld 非同步並行置入控制端（低電平有效）；

q0～q3 輸出端；

rc 行波時鐘輸出端（低電平有效）；

u /d 加/減計數方式控制端

2.1.7 555定時器

圖2.6 555定時器邏輯圖

555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 rs 觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 c1 的同相輸入端的電壓為 2vcc /3，c2 的反相輸入端的電壓為vcc /3。

若觸發輸入端 tr 的電壓小於vcc /3，則比較器 c2 的輸出為 0，可使 rs 觸發器置 1，使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大於 2vcc/3，同時 tr 端的電壓大於vcc /3，則 c1 的輸出為 0，c2 的輸出為 1，可將 rs 觸發器置 0，使輸出為 0 電平。

圖2.7 555定時器內部引腳圖

圖2.8或非門邏輯圖和引腳圖

其主要功能為

表2.9或非門功能表

圖2.10或門邏輯圖與74ls32引腳圖

74ls32是2輸入或門，常用在各種數位電路以及微控制器系統中。

表示式為：y=a+b。功能：只要有乙個為1輸出則為1，否則為0。

l0：東西方向車道的綠燈亮，車道通行；南北方向車道的紅燈亮，車道禁止通行；

l1：東西方向車道的黃燈亮，車輛緩行；南北方向車道的紅燈亮，車道禁止通行；

l2：東西方向車道的紅燈亮，車道禁止通行；南北方向車道的綠燈亮，車輛通行；

l3：東西方向車道的紅燈亮，車道禁止通行；南北方向車道的黃燈亮，車輛緩行；

用以下六個符號分別代表東西（a）、南北（b）方向上各燈的狀態：

a0=1：東西方向車道的綠燈亮；

a1=1：東西方向車道的黃燈亮；

a2=1：東西方向車道的紅燈亮；

b0=1：南北方向車道的綠燈亮；

b1=1：南北方向車道的黃燈亮；

b2=1：南北方向車道的紅燈亮。

設編碼狀態l0=00，l1=01，l2=10，l3=11。輸出為q0,q1。

a0= a1= a2=

b0= b1= b2=

由特性方程：

= = +

= j+

可得 =1， =1； =， =

圖2.12 訊號燈裝換模組電路

這裡主要運用74190來實現十進位制同步減計數器，需選用兩個74190晶元。

要實現清零功能，只要借助輸出端便可間接實現。把2個輸出端qa、qb、qc、qd分別連4輸入或非門，再用乙個與非門分別接2個晶元的load端，由上表易知便可重新回到原始所置的數。

預置數功能：用8個開關分別接十位數74190晶元的d﹑c﹑b﹑a端和個位數74190晶元的d﹑c﹑b﹑a端。預置數的範圍為1~99。

假如把通行時間設為45s，個位從d到a分別為0101，十位從d到a分別為0100。接電源相當於接1，懸空相當於接0。

要實現45s的倒計時，其中作為個位數的74190晶元的clk接脈衝發生器，再把個位數74190晶元輸出端的﹑用乙個與門連起來，再接在十位數74190晶元的clk端。當個位數減到0時，再減1就會變成9,0（0000）和9（1001）之間的﹑與起來接在十位數的clk端，此時會給十位數74190晶元乙個脈衝數字減1，相當於借位。

圖2.13 倒計時計數模組電路圖

圖2.14 秒脈衝電路圖

3.總設計（總電路圖）

倒計時計數器向訊號燈轉換器提供定時訊號t5和定時訊號t0以實現訊號燈的轉換。t0表示倒計時減到數「00」時（即綠燈的預置時間，因為到「00」時，計數器重新置數），此時給訊號燈轉換器乙個脈衝，使訊號燈發生轉換，乙個方向的綠燈亮，另乙個方向的紅燈亮。接法為：

把個位﹑十位計數器的輸出端﹑﹑﹑分別用乙個4輸入或非門連起來，再把這兩個4輸入或非門的輸出用乙個與門連起來。t5表示倒計時減到數「05」時，給訊號燈轉換器乙個脈衝，使訊號燈發生轉換，綠燈的綠燈的變為黃燈，紅燈不變。接法為：

當減到數為「05」（0000 0101）時，把十位計數器的輸出端﹑﹑﹑用乙個4輸入或非門連起來，個位計數器的輸出端﹑用乙個4輸入與門連線起來。最後把t5和t0兩個定時訊號用或門連線接入訊號燈轉換器的時鐘端。

要求黃燈每秒閃一次，故用乙個秒脈衝與控制黃燈的輸出訊號用乙個與門連線至黃燈。

圖3.1 總設計靜止圖

圖3.2總設計動態圖

倒計時技術模組裡，45秒倒計時到00時就停了，無法回到45。

解決方法：當到00時2個晶元8個輸出均為0，用2個或非門進行或非，再與非輸到load端，因為當load為0時為重新置數，為1時是倒計時。

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