数电课程设计

2015

课程名称： 数字电子技术基础 题 目：设计一个灯光控制电路 院 （系）： 信息与工程控制 专业班级： 电信1202 姓 名： * *

学 号： 201206030211 指导教师： ***

年 1 月 9 日

课程设计（论文）

西安建筑科技大学华清学院

《数字电子技术基础》课程设计（论文）任务书

专业班级：电子信息科学与技术1202级学生 学生姓名：** 指导教师（签名）：

一、课程设计（论文）题目 一个灯光控制逻辑电路的设计 二、本次课程设计（论文）应达到的目的 设计一个灯光控制逻辑电路。 三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等） 要求红、绿、黄三种颜色的灯在时钟信号作用下按下表的规定顺序转换状态。表中1表示“亮”，0表示“灭”。要求电路能自启动，并尽可能采用中规模集成电路芯片。 CLK顺序 0 1 2 3 4 5 6 7 8 红 0 1 0 0 1 0 0 1 0 黄 0 0 1 0 1 0 1 0 0 绿 0 0 0 1 1 1 0 0 0 四、应收集的资料及主要参考文献： 1.杨颂华，冯毛官等.数字电子技术基础[M].西安电子科技大学出版社，2009. 2. 尹勇，李林凌. Multisim电路仿真入门与进阶[M]. 北京：清华大学出版社，2005. 3.黄智伟，李传琪等.基于Multisim 2001的电子电路计算机仿真设计与分析 [M]. 北京：电子工业出版社，2004. 4.王泽保，赵博.数字电路典型实验范例剖析[M].北京：人民邮电出版社，2004.

五、审核批准意见 教研室主任（签字） 摘要

在本次课程设计中，使用了两个两个门电路、两个10.0KΩ的电阻、一个电容、和一个晶体管组成一个简易的振荡器。由振荡器产生的周期脉冲信号，输入到74LS161信号输入端口，74LS161开始计数，输出端口就会产生周期性的高电平信号，LED灯在高电平信号下周期性点亮。

伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断的增加,交通的问题日益突出，单单依靠人力来指挥交通已经不可行了,所以，设计交通灯来完成这个需求就显的越加迫切了.为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。以下就是运用数字电子设计出的一个灯光控制逻辑电路，可以看做是交通指示灯电路：其中红灯亮,表示该条路禁止通行;黄灯亮表示停车;绿灯亮表示允许通行。

关键字：振荡器，LED，计数器74LS161

目 录

1设计任务„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„2 3电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„4 4整体电路图的仿真测试及性能检测„„„„„„5 5收获与心得体会„„„„„„„„„„„„„„6 6参考书目„„„„„„„„„„„„„„„„„7

一个灯光控制逻辑电路

1 设计任务

1.1 任务要求

要求红、绿、黄三种颜色的灯在时钟信号的作用下按下表的规定

顺序转换状态。1表示“亮”，0表示“灭”。要求电路能自启动，并尽可能采用中规模集成电路芯片。 1.2 设计目的

1）掌握不同进制计数器的设计方法。 2）熟悉74LS161同步加法计数器使用。 3）掌握单元电路组成系统电路的方法。 1.3 设计要求

1）脉冲信号输入端频率1次/S。

2）Q1、Q2、Q3产生频率不同周期的脉冲。 3）根据要求设计出电路原理图。 4）进行电路的仿真和调试。 5）分析总结。

2 设计方案

2.1 选择论证

利用振荡器产生的周期脉冲信号，输入到74LS161信号输入端口，74LS161就可以开始计数，输出端口就会产生周期性的高电平信号，将LED高输入端口接74LS161输出端口，LED灯就会周期性的点亮。 2.2 74LS161功能简介

图1 74LS161芯片

这种同步可预置十进计数器是由四个D型触发器和若干个门电路构成，内部有超前进位，具有计数、置数、禁止、直接（异步）清零等功能。对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。这种工作方式消除了非同步（脉冲时钟）计数器中常有的输出计数尖峰。缓冲时钟输入将在时钟输入上升沿触发四个触发器。

这种计数器是可全编程的，即输出可预置到任何电平。当预置是同步时，在置数输入上将建立一低电平，禁止计数，并在下一个时钟之后不管使能输入是何电平，输出都与建立数据一致。清除是异步的（直接清零），不管时钟输入、置数输入、使能输入为何电平，清除输入端的低电平把所有四个触发器的输出直接置为低电平。

CLK是脉冲输入端；ENP和ENT是计数器工作状态端；CLR是异步清零端；LOAD是置数端；VCC接正电源，GND接地；A～D是数据输入端，QA～QD是计数器状态输出端。其状态表下所示：

表 1 74LS161D的功能表

CLK × ↑ ↑ × × CLR LOAD ENP × × 1 0 × ENT × × 1 1 0 工作状态 异步清零 预置数 计数 保持 保持 1 1 1 1 1 × 0 1 1 1 3 电路设计

一个灯光控制逻辑电路系统的原理框图如下图.a所示，电路主要由主要由振荡器、定时器和红、绿、黄LED灯组成，其中振荡器如下图.b所示，是由两个门电路、一个电容、两个10.0KΩ的电阻、一个CRYS构成。

图2 一个灯光控制逻辑电路

4 整体电路图的仿真测试及性能检测

图3 74LS161仿真

在此次电路设计中运用同步置零法对计数的最后状态非完全译码，仅由最后状态中为1的Q端状态产生LOAD=0信号，LOAD的逻辑表达式为：

LOAD=Q1

AD 即LOAD等于最后状态中值为1 状态变量的与非。 74LS161D的其他控制端、输入端的逻辑表达式为： ENP=ENT=1; CLR初始值为0之后变为1；

ABCD=0000。

CLR=0是将计数器置于0000初始状态；CLR=1时，从0000~1001状态，预制数控制信号LOAD=1，计数器在时钟脉冲CLK作用下按计数方式工作；在1001状态预制数控制信号LOAD=0，计数器在时钟脉冲CLK作用下按预置数方式工作，使QAQBQCQD=ABCD=0000。

74LS161输出端产生周期脉冲信号，使LED灯周期性点亮。

5 收获与心得体会

通过这次课程设计，加强了我们小组的思考和解决问题的能力。电路原理和连接，和芯片上的选择。巩固数字逻辑电路的理论知识， 实现第一种附加功能方案用了36个芯片，实现第二种附加功能方案用了29个芯片。对190计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等.使D触发器从书本上的理论知识联系到实际,让我更加了解它的功能. 更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。

我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些触发器的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，做了课程设计后就完全了解其作用。

虽然我们小组的交稿时间较晚，但是我们的实现了扩展功能。并在别人的基础上实现了基本功能的改进。从刚开始什么都不懂，到最后请教别人做到了基本功能，然后又改进别人的基本功能，进而自己做出扩展功能。

突然觉得得到一个好的分数不是一件重要的事情。真正重要的是在这次设计中学到了一些东西。不仅仅是电路上的知识，更是一种科研能力、思考的能力、对知识的热爱。正如老师您所说，若干年之后，可能所学的知识都忘掉了，但是这件事永存在我们的记忆中，再次回忆起当初一起讨论、半夜两点醒来画下逻辑电路„

经过两周的努力终于完成了关于一个灯控制电路的电子课程设计，通过不断的查资料让我积累了许多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术。巩固了数电课程知识，加深对基本器件、计数器、逻辑电路的理解。我深刻体会到数字电子技术对当今现代社会的重要作用。经过这次设计，我学会了严密的思考，构想及怎样把计划付诸

于实际行动中。同时与社会的不断高速发展的步伐相比，我认识到自己所学的知识和技能还远远不足，有些实际问题还不能解决，很多更好的设想也无法实现，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解决实际问题的能力，缺乏高效利用及筛选大量资料的能力，有待在今后的学习实践中进一步提高。经过这次课程设计，我更加认识到要学好自己的专业知识以适应不断发展的社会。

6 参考书目：

[1]杨颂华，冯毛官等.数字电子技术基础[M].西安电子科技大学出版社，2009.

[2] 尹勇，李林凌. Multisim电路仿真入门与进阶[M]. 北京：清华大学出版社，2005.

[3]黄智伟，李传琪等.基于Multisim 2001的电子电路计算机仿真设计与分析 [M]. 北京：电子工业出版社，2004.

[4]王泽保，赵博.数字电路典型实验范例剖析[M].北京：人民邮电出版社，2004.