數(shù)字電子技術(shù)

課程設(shè)計

湖南第一師范學(xué)院信息科學(xué)與工程系

肖杰編寫

2012年11月

目錄

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計概述..............................1

課題1數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計.........................5

課題2智力競賽搶答器邏輯電路設(shè)計....................12

課題3交通燈限制邏輯電路設(shè)計.......................18

課題4汽車尾燈限制電路..............................27

課題5數(shù)字溫度計.....................................29

課題6多路防盜報警電路的設(shè)計.......................32

課題7電梯限制電路設(shè)計...............................34

課題8倒計時計時器...................................35

設(shè)計舉例1：出租車計費器.............................36

設(shè)計舉例2：籃球競賽30秒定時電路....................45

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計概述

一、本課程設(shè)計的地位和作用

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計是電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的一個實踐環(huán)節(jié)，它使學(xué)生自己

通過設(shè)計和搭建一個好用電子產(chǎn)品雛形，鞏固和加深在數(shù)字電子技術(shù)課程中的理論

基礎(chǔ)和試驗中的基本技能,訓(xùn)練電廣產(chǎn)品制作時的動手實力。通過該課程設(shè)計，設(shè)計

出符合任務(wù)要求的電路,駕馭通用電子電路的一般設(shè)計方法和步驟，訓(xùn)練并提高學(xué)生

在文獻(xiàn)檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合實力，同時為畢業(yè)設(shè)計

和畢業(yè)以后從事電子技術(shù)方面的科研和開發(fā)打下肯定的基礎(chǔ)。

二、課程設(shè)計的目的和要求

1.能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方

法，并初步駕馭小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。

2.能合理、敏捷地應(yīng)用各種標(biāo)準(zhǔn)集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實現(xiàn)規(guī)定

的數(shù)字系統(tǒng)。

3.培育獨立思索、獨立打算資料、獨立設(shè)計規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的實力。

4.培育獨立進(jìn)行試驗，包括電路布局、安裝、調(diào)試和解除故障的實力。

5.培育書寫綜合設(shè)計試驗報告的實力。

三、課程設(shè)計的基本要求

依據(jù)設(shè)計任務(wù)，從選擇設(shè)計方案起先，進(jìn)行電路設(shè)計；選擇合適的器件，畫出

設(shè)計電路圖；通過安裝、調(diào)試，直至實現(xiàn)任務(wù)要求的仝部功能。對電路要求布局合

理，走線清楚，工作牢靠，閱歷收合格后，寫出完整的課程設(shè)計報告。

四、課程設(shè)計的具體步驟

電子電路的一般設(shè)計方法和步驟是：分析設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo)，選擇總體方案,

設(shè)計單元電路，選擇器件，計算參數(shù)，畫總體電路圖。進(jìn)行仿真試驗和性能測試。

實際設(shè)計過程中往往反復(fù)進(jìn)行以上各步驟，才能達(dá)到設(shè)計要求，須要敏捷駕馭。

1.總體方案選擇

設(shè)計電路的第?步就是選擇總體方案，就是依據(jù)提出的設(shè)計任務(wù)要求及性能指

標(biāo)，用具有肯定功能的若干單元電路組成?個整體，來實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)提出的各項要

求和技術(shù)指標(biāo)。

設(shè)計過程中，往往有多種方案可以選擇，應(yīng)針對任務(wù)要求，查閱資料，權(quán)衡各

方案的優(yōu)缺點，從中選優(yōu)。

2.單元電路的設(shè)計

2.1設(shè)計單元電路的一般方法和步驟

A.依據(jù)設(shè)計要求和選定的總體方案原理圖，確定對各單元電路的設(shè)計要求，

必要時應(yīng)具體擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。

B.擬定出各單元電路的要求后，對它們進(jìn)行設(shè)計。

C.單元電路設(shè)計應(yīng)采納符合的電平標(biāo)準(zhǔn)。

2.2元器件的選擇

針對數(shù)字電路的課程設(shè)計，在搭建單元電路時，對于特定功能單元選擇主要集

成塊的余地較小。比如時鐘電路選555,轉(zhuǎn)換電路選0809,譯碼及顯示驅(qū)動電路也

都相對固定。但由于電路參數(shù)要求不同，還須要通過選擇參數(shù)來確定集成塊型號。

一個電路設(shè)計，單用數(shù)字電路課程內(nèi)容是不夠的，往往同時摻有線性電路元件和集

成塊，因此還需對相應(yīng)內(nèi)容熟識，比如運算放大器的種類和基本用法，集成比較器

和集成穩(wěn)壓電路的特性和用法?？傊?，構(gòu)建單元電路時，選擇器件的電平標(biāo)準(zhǔn)和電

流特性很重要。一般的門電路、時序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)

模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣和存儲電路等，參數(shù)選擇恰當(dāng)可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設(shè)計

成本。

單元電路設(shè)計過程中，阻容元件的選擇也很關(guān)鍵。它們的種類繁多，性能各異。

優(yōu)選的電阻和電容協(xié)助于數(shù)字電路的設(shè)計可以使其功能多樣化、完整化。

3.單元電路調(diào)整與連調(diào)

數(shù)字電路設(shè)計以邏輯關(guān)系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關(guān)系與它們

之間的正確傳遞確定了設(shè)計內(nèi)容的成敗。具體步驟要求每一個單元電路都須經(jīng)過調(diào)

整，有條件狀況下可應(yīng)用邏輯分析儀進(jìn)行測試，確保單元正確。各單元之間的匹配

連接是設(shè)計的最終步驟，主要包含兩方面，分別是電平區(qū)配和驅(qū)動電流匹配。它也

是整個設(shè)計勝利的關(guān)鍵一步。

4.衡量設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)

工作穩(wěn)定牢靠；能達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚浑娐泛啙?，成?/p>

低，功耗低；器件數(shù)目少，集成體積小，便于生產(chǎn)和維護(hù)。

五、課程設(shè)計報告要求

課程設(shè)計報告應(yīng)包括以下內(nèi)容：

1.對設(shè)計課題進(jìn)行簡要闡述。

2.設(shè)計任務(wù)及其具體要求。

3.總體設(shè)計方案方框圖及各部分電路設(shè)計（含各部分電路功能、輸入信號、

輸出信號、電路設(shè)計原理圖及其功能闡述、所選用的集成出路器件等）。

4,整機電路圖（電路圖應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號繪制，電路圖中應(yīng)標(biāo)明接線引出端

名稱、元件編號等）。

5.器件清單。

6.調(diào)試結(jié)果記錄。

7.總結(jié)與體會。

課程設(shè)計報告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊、數(shù)據(jù)詳實。

課題1數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計

一、簡述

數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時、日的計時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘

相比，它具有走時精確，顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應(yīng)

用。小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機場等公共場所的大型數(shù)

顯電子鐘。

圖1.1數(shù)字電子鐘框圖

由圖1.1可見，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成

的秒脈沖發(fā)生器：校時電路：六十進(jìn)制秒、分計數(shù)器,二十四進(jìn)制（或十二進(jìn)制）

計時計數(shù)器；秒、分、時的譯碼顯示部分等。

二、設(shè)計任務(wù)和要求

用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計一臺能顯示口、時、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如

下：

1.由晶振電路產(chǎn)生1Hz標(biāo)淮秒信號。

2.秒、分為00?59六十進(jìn)制計數(shù)器。

3.時為00?23二十四進(jìn)制計數(shù)器。

4.周顯示從1?日為七進(jìn)制計數(shù)器。

5.可手動校時：能分別進(jìn)行秒、分、時、日的校時。只要將開關(guān)置于手動位置，可

分別對秒、分、時、日進(jìn)行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)詠沖輸入的校正。

6.整點報時。整點報時電路要求在每個整點前嗚叫五次低音(500Hz),整點時再嗚

叫一次高音(1000Hz)。

三、可選用器材

1.通用試驗底板

2.直流穩(wěn)壓電源

3.集成電路:CD集成、74LS74.74LS16K74LS248及門電路

4.晶振；32768Hz

5.電容：100主F/16V、22pF、3?22pF之間

6.電阻：200Qn10KQ>22MQ

7.電位器：2.2KQ或4.7KQ

8.數(shù)顯：共陰顯示器LC5011-11

9.開關(guān)：單次按鍵

10.三極管：8050

11.喇叭：1W/4,80

四、設(shè)計方案提示

依據(jù)設(shè)il-任務(wù)和要求，比照數(shù)字電子鐘的框圖，可以分以下幾部分進(jìn)行模塊化

設(shè)計。

1.秒脈沖發(fā)生器

脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度確定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，

通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768

Hz,通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出，電路圖如圖1.2所示。

74LS74

CD4060

產(chǎn)?2pN丁

32768Hz22MQ0

圖1.2秒脈沖發(fā)生器

2.計數(shù)譯碼顯示

秒、分、時、日分別為60、60、24、7進(jìn)制計數(shù)器、秒、分均為60進(jìn)制，即顯

示00?59,它們的個位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時為二十四進(jìn)制計數(shù)器，顯示為

()0?23,個位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計到2,而個位計到4時

清零，就為二十四進(jìn)制了。

周為七進(jìn)制數(shù)，按人們一般的概念一周的顯示日期“日、1、2、3、4、5、6”,

所以我們設(shè)計這個七進(jìn)制計數(shù)器，應(yīng)依據(jù)譯碼顯示器的狀態(tài)表來進(jìn)行，如表1.1所

示。

按表1.1狀態(tài)表不難設(shè)計出“日”計數(shù)器的電路(日用數(shù)字8代替)。

全部計數(shù)器的譯碼顯示均采納BCD—七段譯碼器，顯示器采納共陰或共陽的顯

示器。

Q4Q3Q2Q1顯示

1000日

00011

00102

00113

01004

01015

01106

表1.1狀態(tài)表

3.校時電路

在剛剛開機接通電源時，由于日、時、分、秒為隨意值，所以，須要進(jìn)行調(diào)

整。

置開關(guān)在手動位置，分別對時、分、秒、日進(jìn)行單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次脈沖或

連續(xù)脈沖輸入。

4.整點報時電路

當(dāng)時計數(shù)器在每次計到整點前六秒時，須要報時，這可用譯碼電路來解決。

即

當(dāng)分為59時;則秒在計數(shù)計到54時，輸出一延時高電平去打開低音與門，使報時

聲按500Hz頻率嗚叫5聲，直至秒計數(shù)器計到58時，結(jié)束這高電平脈沖；當(dāng)秒計

數(shù)至I]59時,則去驅(qū)動高音IKHz頻率輸出而鳴叫1聲。

五、參考電路

數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖如圖1.3所示。

日1?日時00?23分00?59秒00?59

J.C5011-11X7

abcdefg

74LS24874LS24874LS248

DCBA

74LS

o

74LSOOo

巫s

n

一IEw74LS20

3.

港

KQ3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1QO

74LS161Cp<74LS161Cp^74LS161cp(

西

ZCR_______JgR________/CR_______

山

里

危

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樂

,

遂

74LS74

ID

六、參考電路簡要說明

1.秒脈沖電路

由晶振32768Hz經(jīng)14分頻器分頻為2Hz,再經(jīng)一次分頻，即得1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈

沖，供時鐘計數(shù)器用。

2.單次脈沖、連續(xù)脈沖

這主要是供手動校時用。若開關(guān)K1打在單次端，要調(diào)整口、時、分、秒即可

按單次脈沖進(jìn)行校正。如K1在單次，K2在手動，則此時按動單次脈沖鍵，使周計

數(shù)器從星期1到星期口計數(shù)。若開關(guān)K1處于連續(xù)端，則校正時，不須要按動單次

脈沖，即可進(jìn)行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門電路構(gòu)成。

3.秒、分、時、日計數(shù)器

這?部分電路均運用中規(guī)模集成電路74LS161實現(xiàn)秒、分、時的計數(shù)，其中

秒、分為六十進(jìn)制，時為二十四進(jìn)制。從圖3中可以發(fā)覺秒、分兩組計數(shù)器完全相

同。當(dāng)計數(shù)到59時，再來一個脈沖變成00,然后再重新起先計數(shù)。圖中利用“異

步清零”反饋到/CR端，而實現(xiàn)個位十進(jìn)制，十位六進(jìn)制的功能。

時計數(shù)器為二十四進(jìn)制，當(dāng)起先計數(shù)時，個位按十進(jìn)制計數(shù)，當(dāng)計到23時，

這時再來一個脈沖，應(yīng)當(dāng)回到“零”。所以，這里必需使個位既能完成十進(jìn)制計數(shù),

又能在凹凸位滿意“23”這一數(shù)字后，時計數(shù)器清零，圖中采納了十位的“2”和個

位的“4”相與非后再清零。

對于H計數(shù)器電路，它是由四個D觸發(fā)器組成的（也可以用JK觸發(fā)器），其

邏輯功能滿意了表1,即當(dāng)計數(shù)器計到6后，再來一個脈沖，用7的瞬態(tài)將Q4、Q3、

Q2、Q1置數(shù),即為“1000”,從而顯示“日”（8）。

4.譯碼、顯示

譯碼、顯示很簡潔，采納共陰極LED數(shù)碼管LC50U-U和譯碼器74LS248,

當(dāng)然也可用共陽數(shù)碼管和譯碼器。

5.整點報時

當(dāng)計數(shù)到整點的前6秒鐘，此時應(yīng)當(dāng)打算報時。圖3中，當(dāng)分計到59分時，

將分觸發(fā)器QH置1,而等到秒計數(shù)到54秒時，將秒觸發(fā)器QL置1,然后通過QL

與QH相與后再和1s標(biāo)準(zhǔn)秒信號相與而去限制低音喇叭嗚叫，直至59秒時，產(chǎn)生

一個復(fù)位信號，使QL清0,停止低音嗚叫，同時59秒信號的反相又和QH相與后

去限制高音喇叭嗚叫。當(dāng)計到分、秒從59：59-00：00時,嗚叫結(jié)束，完成整點報

時。

6.嗚叫電路

嗚叫電路由高、低兩種頻率通過或門去驅(qū)動一個三極管，帶動喇叭嗚叫。IKHz

和500Hz從晶振分頻器近似獲得。如圖中CD4060分頻器的輸出端Q5和Q60Q5

輸出頻率為1024Hz,Q6輸出頻率為512Hz。

課題2智力競賽搶答器邏輯電路設(shè)計

一、簡述

智力競賽是一種生動活潑的教化形式和方法，通過搶答和必答兩種方式能引

起參賽者和觀眾的極大愛好，并旦能在極短的時間內(nèi)，使人們增加一些科學(xué)學(xué)問和

生活學(xué)問。

實際進(jìn)行智力競賽時，一般分為若干組，各組對主持人提出的問題，分必答

和搶答兩種。必答有時間限制，到時要告警，回答問題正確與否，由主持人判別加

分還是減分，成果評定結(jié)果要用電子裝置顯示。搶答時，要判定哪組優(yōu)先，并予以

指示和鳴叫。

因此，要完成以上智力競賽搶答器邏輯功能的數(shù)字邏輯限制系統(tǒng)，至少應(yīng)包

括以下幾個部分。

1.計分、顯示部分；

2.判別選組限制部分；

3.定時電路和音響部分。

二、設(shè)計任務(wù)和要求

用TTL或CMOS集成電路設(shè)計智力競賽搶答器邏輯限制電路，具體要求如下:

1.搶答組數(shù)為4組，輸入搶答信號的限制電路應(yīng)由無抖動開關(guān)來實現(xiàn)。

2.判別選組電路。能快速、精確地判處搶答者，同時能解除其它組的干擾信

號，閉鎖其它各路輸入使其它組再按開關(guān)時失去作用，并能對搶中者有光、聲顯示

和嗚叫指示。

3.計數(shù)、顯示電路。每組有三位十進(jìn)制計分顯示電路，能進(jìn)行加/減計分。

4.定時及音響。

必答時，啟動定時燈亮，以示起先，當(dāng)時間到要發(fā)出單音調(diào)“嘟”聲，并熄

滅指示燈。

搶答時，當(dāng)搶答起先后，指示燈應(yīng)閃亮。當(dāng)有某組搶答時，指示燈滅，最先

搶答一組的燈亮，并發(fā)出音響。也可以驅(qū)動組別數(shù)字顯示（用數(shù)碼管顯示）。回答問

題的時間應(yīng)可調(diào)整，分別為10s、20s、50s>60s或稍長些。

4.主持人應(yīng)有復(fù)位按鈕。搶答和必答定時應(yīng)有手動限制。

三、可選用器材

1.通用試驗底板

2.直流穩(wěn)壓電源

3.集成電路:74LS190、74LS48、CD集成、74LS112及門電路

4.顯示器：LCD5011-U、CL002、發(fā)光二極管

5.撥碼開關(guān)（8421碼）

6.阻容元件、電位器

7.喇叭、開關(guān)等

四、設(shè)計方案提示

1.復(fù)位和搶答開關(guān)輸入防抖電路,可采納加汲取電容或RS觸發(fā)器電路來完成。

2.判別選組實現(xiàn)的方法可以用觸發(fā)器和組合電路完成，也可用一些特殊器件組

成。例如用MC14599或CD4099八路可尋址輸出鎖存器來實現(xiàn)。

3.計數(shù)顯示電路可用8421碼撥碼開關(guān)譯碼電路顯示。8421碼撥碼開關(guān)能進(jìn)行

加或減計數(shù)。也可用加/減計數(shù)器（如74LS193）來組成。譯碼、顯示用共陰或共陽

組件，也可用CLOO2譯碼顯示器。

4.定時電路。當(dāng)有開關(guān)啟動定時器時，使定時計數(shù)器按減計數(shù)或加計數(shù)方式進(jìn)

行工作，并使一指示燈亮，當(dāng)定時時間到，輸出一脈沖，驅(qū)動音響電路工作，并使

指示燈滅。

五、參考電路

依據(jù)智力競賽搶答器的設(shè)計任務(wù)和要求，其邏輯參考電路如下圖所示。

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圖2.1四組智力競賽搶答器邏輯限制電路參考圖

六、參考電路簡要說明

圖2.1為四組智力競賽搶答器邏輯限制電路參考圖，若要增加組數(shù)，則須要把

計分顯示部分增加即可。

1.計分部分

每組均由8421碼撥fi馬開關(guān)KS-1,完成分?jǐn)?shù)的增和減，每

組為三位，個、十、百位，每位可以單獨進(jìn)行加減。例如：100分加1()分變?yōu)?1()

分，只需按動撥碼開關(guān)十位“+”號一次；若加“20”分，只要按動“+”號兩次。

若減分，方法相同，即按動“一”號就能完成減數(shù)計分。

順便提一下，計分電路也可以用電子開關(guān)或集成加、減法計數(shù)器來組合完成。

2.判組電路

這部分電路由RS觸發(fā)器完成，CD4043為二態(tài)RS鎖存觸

發(fā)器，當(dāng)S1按下時，QI為1,這時或非門74LS25為低電平，封鎖了其它組的輸入。

Q1為I,使發(fā)光管D1發(fā)亮，同時也驅(qū)動音響電路嗚叫，實現(xiàn)聲、光的指示。輸入

端采納了阻容方法，以防止開關(guān)抖動。

3.定時電路

當(dāng)進(jìn)行搶答或必答時，主持人按動單次脈沖起動開關(guān)，使

定時數(shù)據(jù)置入計數(shù)器，同時使JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)(Q=l),定時器進(jìn)行減計數(shù)定時，定

時起先，定時指示燈亮。當(dāng)定時時間到，即減法計數(shù)器為“00”時，B。為“1”，定

時結(jié)束，這時去限制音響電路嗚叫，并滅掉指示燈(JK觸發(fā)器的/Q=l,Q=0)o

定時顯示用CL002,定時的時標(biāo)脈沖為“秒”脈沖。

4.音響電路

音響電路中，fl和f2為兩種不同的音響頻率，當(dāng)某組搶答

時，應(yīng)為多音，其時序應(yīng)為間斷音頻輸出。當(dāng)定時到，應(yīng)為單音，其時序應(yīng)為單音

頻輸出，時序如圖2.2所示＜

njiruirm__rnwu^

吃_rLrLn_n_rm_n_

圖2.2音頻時序波形圖

課題3交通燈限制邏輯電路設(shè)計

一、簡述

為了確保十字路口的車輛順當(dāng)、暢通地通過，往往都采納自動限制的交通信號

燈來進(jìn)行指揮。其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；

綠燈（G）亮表示允許通行c

交通燈限制器的系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。

3.1交通燈限制器系統(tǒng)框圖

二、設(shè)計任務(wù)和要求

設(shè)計一個十字路口交通信號燈限制器，其要求如下：

1.滿意如圖3.2依次工作流程。

圖中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NSG,東西方向的紅、

黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWGo

它們的工作方式，有些必需是并行進(jìn)行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅

燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南

北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。

南北向綠燈亮，東西向紅燈亮一占5t

南北向黃燈亮，東西向紅燈亮一占It

南北向紅燈亮，東西向綠燈亮一占5t

南北向紅燈亮，東西向黃燈亮一占It

It為時間單位

圖3.2交通燈依次工作流程圖

2.應(yīng)滿意兩個方向的工作時序：即東西方向亮紅燈時間應(yīng)等于南北方向亮黃、

綠燈時間之和，南北方向亮紅燈時間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。時序工

作流程圖見圖3.3所示。

圖3.3中，假設(shè)每個單位時間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間

分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。其中紅燈亮的時間為綠燈、黃燈亮

的時間之和，黃燈是間歇閃爍。

3.十字路口要有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體

為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直至減

到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠等交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的

工作循環(huán)。

例如：當(dāng)南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時，置南北方向數(shù)字顯示為18,并使數(shù)顯

計數(shù)器起先減“1”計數(shù)，當(dāng)減到綠燈滅而黃燈亮（閃爍）時，數(shù)顯得值應(yīng)為3,當(dāng)

減到“0”時，此時黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時，使得東西方向的綠燈亮,

并置東西方向的數(shù)顯為18。

012345678910110123456

dTrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrL

圖3.3交通燈時序工作流程圖

4.可以手動調(diào)整和自動限制，夜間為黃燈閃爍。

5.在完成上述任務(wù)后，可以對電路進(jìn)行以下幾方面的電路改進(jìn)或擴展。

（1）在某一方向（如南北）為十字路口主干道，另一方向（如東西）為次干道;

主干道由于車輛、行人多，而次干道的車輛、行人少，所以主干道綠燈亮的時間可

以選定為次干道綠燈亮?xí)r間的2倍或3倍。

（2）用LED發(fā)光二極管模擬汽車行駛電路。當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，這一方向

的發(fā)光二極管接通，并一個一個向前移動，表示汽車在行駛；當(dāng)遇到黃燈亮?xí)r，移

位發(fā)光二極管就停止，而過了十字路口的移位發(fā)光二極管接著向前移動；紅燈亮?xí)r,

則另一方向轉(zhuǎn)為綠燈亮，那么，這一方向的LED發(fā)光二極管就起先移位（表示這一

方向的車輛行駛）。

三、可選用器材

1.通用試驗底板

2.直流穩(wěn)壓電源

3.交通信號燈及汽車模擬裝置

4.集成電路:74LS74.74LS164.74LS168、74LS248及門電路

5.顯示：LC5011-11,發(fā)光二極管

6.電阻

7.開關(guān)

四、設(shè)計方案提示

依據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求，參考交通燈限制器的邏輯電路主要框圖3.1,設(shè)計方案可

以從以下幾部分進(jìn)行考慮。

1.秒脈沖和分頻器

因十字路口每個方向綠、黃、紅燈所亮?xí)r間比例分別為5:1:6,所以，若選4

秒（也可以3秒）為一單位時間，則計數(shù)器每計4秒輸出一個脈沖。這一電路就很

簡潔實現(xiàn)，謖輯電路參考前面有關(guān)課題。

2.交通燈限制器

由波形圖可知，計數(shù)器每次工作循環(huán)周期為12,所以可以選用12進(jìn)制計數(shù)器。

計數(shù)器可以用單觸發(fā)器組成，也可以用中規(guī)模集成計數(shù)器。這里我們選用中規(guī)模

74LS164八位移位寄存器組成扭環(huán)形12進(jìn)制計數(shù)器。扭環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)表如表

3.1所示。

表3.1狀態(tài)表

t計數(shù)器輸出南北方向東西方向

Q0QIQ2Q3Q4Q5NSGNSYNSREWGEVVYEWR

0000000100001

1100000100001

2100000100001

3111000100001

4111100100001

0|0

5111110001

6111111001100

701I111001100

8001111001100

9000111001100

10000011001100

▲

0I0

11000001001

依據(jù)狀態(tài)表，我們不難列出東西方向和南北方向綠、黃、紅燈的謖輯表達(dá)式:

東西方向綠：EWG=Q4Q5

f

黃：EWY=Q1-Q5(EWY=EWY-CPI)

紅：EWR=Q^

南北方向綠：NSG=Q&Q5

黃：EWY=Q4@(NSP=NSYCP1)

紅：NSR=Q5

由于黃燈要求閃爍幾次，所以用時標(biāo)1s和EWY或NSY黃燈信號相“與”即

可。

3.顯示限制部分

顯示限制部分事實上是一個定時限制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計數(shù)器起先工

作（用對方的紅燈信號限制），每來一個秒脈沖，使計數(shù)器減1,直到計數(shù)器為“0”

而停止。譯碼顯示可用74LS248BCD碼七段譯碼器，顯示器用LC50U-U共陰極

LED顯示器，計數(shù)器材用可預(yù)置加、減法計數(shù)器，如74LS168、74LS193等。

3.手動/自動限制，夜間限制

這可用一選擇開關(guān)進(jìn)行。置開關(guān)在手動位置，輸入單次脈沖，可使交通燈在

某

一位置上，開關(guān)在自動位置時，則交通信號燈按自動循環(huán)工作方式運行。夜間時，

將夜間開關(guān)接通，黃燈閃亮。

4.汽車模擬運行限制

用移位寄存器組成汽車模擬限制系統(tǒng)，即當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，則綠燈亮“G”

信號使該路方向的移位通路打開，而當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r，則使該方向的移位停止。如

圖3.4所示，為南北方向汽車模擬限制電路。

圖3.4汽車模擬限制電路

五、參考電路

依據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求，交通信號燈限制器參考電路，如圖3.5所示。

六、參考電路簡要說明

1.單次手動及脈沖電路

單次脈沖是由兩個與非門組成的RS觸發(fā)器產(chǎn)生的，當(dāng)按下K1時，有一個脈

沖輸出訪74LS164移位計數(shù)，實現(xiàn)手動限制。K2在自動位置時，由秒脈沖電路經(jīng)

分頻后（4分頻）輸入給74LS164,這樣，74LS164為每4秒向前移一位（計數(shù)1

次）。秒脈沖電路可用晶振或RC振蕩電路構(gòu)成。

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圖3.5交通信號燈限制器參考電路

2.限制器部分

它由74LSI64組成扭環(huán)形計數(shù)器，然后經(jīng)譯碼后輸出十字路口南北、東西兩

個方向的限制信號。其中黃燈信號必需滿意閃爍，并在夜間時，使黃燈閃亮，而綠、

紅燈滅。

3.數(shù)字顯示部分

當(dāng)南北方向綠燈亮，而東西方向紅燈亮?xí)r，使南北方向的74LS168以減法計

數(shù)器方式工作，從數(shù)字“24”起先往下減，當(dāng)減到“0”時，南北方向綠燈滅，紅

燈亮，而東西方向紅燈火，綠燈亮。由于東西方向紅燈火信號（EWR：0）使與門

關(guān)斷，減法計數(shù)器工作結(jié)束，而南北方向紅燈亮便另一方向一一東西方向減法計數(shù)

器起先工作。

在減法計數(shù)起先之前，由黃燈亮信號使減法計數(shù)器先置入數(shù)據(jù)，圖中接入

U/。和萬的信號就是由黃燈亮（為高電平）時，置入數(shù)據(jù)。黃燈滅（Y=0）而紅

燈亮（R=l）起先減計數(shù)。

4.汽車模擬限制電路

這一部分電路參考圖4。當(dāng)黃燈（Y）或紅燈（R〕亮?xí)r，則這端為高（H）

電

平，在CP移位脈沖作用卜，而向前移位，高電平“H”從QH始終移到QA（圖中

74LS164-1）由于綠燈在紅燈和黃燈位高電平常，它為低電平，所以74LS164-1QA

的信號就不能送到74LS164-2移位寄存器的RI端。這樣，就模擬了當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r

汽車停止的功能。而當(dāng)綠燈亮，黃、紅燈滅（G=l,R=0,Y=0）時，74LS164-1、

74LSI64-2都能作CP移位脈沖作用下向前移位。這就意吹著綠燈亮?xí)r汽車向前運行

這一功能。

要說明一點，交通燈限制器實現(xiàn)方法許多，這里就不一一舉例了。

課題4汽車尾燈限制電路

一、設(shè)計任務(wù)

設(shè)計構(gòu)成一個限制汽車六個尾燈的電路，用六個指示燈模擬六個尾燈(汽車每

側(cè)三個燈)，并用兩個撥動式(乒乓)開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎信號源；一個兵乓開關(guān)用于指

示右轉(zhuǎn)彎，一個乒乓開關(guān)用于指示左轉(zhuǎn)彎，假如兩個乒區(qū)開關(guān)都被接通，說明駕駛

員是一個外行，緊急閃爍器起作用。

?暗o亮

??e-KD?e-KDooo-

(a)

邏輯電平指示

控制電路

IW~V

邏輯開關(guān)時鐘產(chǎn)生

(b)

(a)尾燈閃爍器(b)尾燈控制電路方框圖

圖4.1

右轉(zhuǎn)彎時三個右邊的燈應(yīng)動作，左邊的燈則全滅，右邊的燈如圖4.1(a)所示,

周期性光明與暗，一周約需一秒，對于左轉(zhuǎn)彎，左邊燈的操作應(yīng)相類似；當(dāng)緊急閃

爍起作用時，六個尾燈大約以1Hz的頻率?樣地閃爍著亮與暗。同時，電路還用一

個開關(guān)模擬腳踏制動器，制動時，若轉(zhuǎn)彎開關(guān)未合上(或錯誤地將兩個開關(guān)均合上

的狀況)全部六個尾燈均連續(xù)燃亮，在轉(zhuǎn)彎的狀況下，三個轉(zhuǎn)向的尾燈應(yīng)正常動作,

另三個尾燈連續(xù)亮。另一個開關(guān)模擬停車，停車時，全部尾燈亮度為正常的一半。

二、提示

汽車尾燈限制電路由四部分組成，如圖4.1(b)所示，限制電路、時鐘發(fā)生電

路、邏輯開關(guān)及邏輯電平指示。

(1)轉(zhuǎn)彎信號是四狀態(tài)計數(shù)電路，可由小規(guī)模觸發(fā)器構(gòu)成，也可由中規(guī)模計數(shù)

器構(gòu)成。

(2)時鐘產(chǎn)生電路,可由555定時器構(gòu)成1Hz信號和50Hz信號(用于停車時，

尾燈亮度為正常一半)。接線圖由同學(xué)自己擬定。

三、設(shè)計要求

(1)設(shè)置轉(zhuǎn)彎信號狀態(tài)計數(shù)電路。

(2)設(shè)置時鐘發(fā)生電路(f=lHz)o

(3)設(shè)置限制電路。

(4)設(shè)置邏輯開關(guān)。

(5)畫出汽車尾燈限制電路圖。

四、供應(yīng)器材

(1)74LS11三輸入與門2片。

(2)74LS175觸發(fā)器1片。

(3)74LS20四輸入與非門3片。

(4)74LS00四兩輸入與非門3片。

(5)74LS04反相器1片。

(6)CD40106反相施密特觸發(fā)器1片。