数字电子技术课程设计报告

前言

电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。只有真正做到融会贯通，学以致用，并努力动手实践，才能体会到其中最深切的内涵。

随着现代电子技术的发展，人们处于一个信息时代。每天都要通过电视、广播、通信、互联网等多种媒体获取大量的信息。而现代信息的储存、处理和传输越来越趋于数字化。在人们的日常生活中，常用的计算机、电视机、音响系统、视频记录设备、长途电信等电子设备或电子系统，无一不采用数字电路或数字系统。因此，数字电子技术的应用越来越广泛。

城市十字交叉路口为确保车辆、行人安全有序地通过，都设有指挥信号灯。交通信号灯的出现，使交通得以有效地管制，对于疏导交通、减少交通事故有明显的效果。现有2条主干道汇合点形成十字交叉口，为确保车辆安全、迅速的通行，在交叉路口的每条道上设置一组交通灯，交通灯由红、黄、绿3色组成。红灯亮表示此通道禁止车辆通过路口；黄灯亮表示此通道未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该通道车辆可以通行。要求设计一交通灯控制电路以控制十字路口两组交通灯的状态转换，指挥车辆安全通行。

1.总体设计思路、基本原理和框图

1. 1设计思路

依据功能要求，交通灯控制系统应主要由秒脉冲信号发生器﹑倒计时计数电路和信号灯转换器组成，原理框图如图1所示。秒脉冲信号发生器是该系统中倒计时计数电路和黄灯闪烁控制电路的标准时钟信号源。倒计时计数器输出两组驱动信号错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源。，分别为黄灯闪烁和变换为红灯的控制信号，这两个信号经信号灯转换器控制信号灯工作。倒计时计数电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。

1.2基本原理

要实现45s的倒计时，需选用两个74190芯片级联成一个从99到00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器，再把个位数74190芯片输出端QA、QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9，0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数74190芯片的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。

预置数功能功能：用8个开关分别接十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。预置数的范围为1~99。断开相当于接0，合上相当于接1。

2.单元电路设计

2.1各芯片的用法和功能 2.1.1 74LS08（二输入与门）

U19A

7408N

图2.1 与门逻辑图和74LS08的引脚图

图2.1 74LS08的功能表

2.1.2 74LS00（二输入与非门）

U3B74LS00D

图2.2 与非逻辑图和74LS00的引脚图

图2.2 74LS00的功能表

2.1.3 7473N（JK触发器）

图2.3 Jk触发器的逻辑图和引脚图

1.CP=0时，触发器处于一个稳态。 CP为0时，G3、G4被封锁，不论J、K为何种状态，Q3、Q4均为1，另一方面,G12、G22也被CP因而由与

或非门组成的触发器处于一个稳定状态，使输出Q、Q状态不变。

2.CP由0变1时，触发器不翻转，为接收输入信号作准备。 设触发器原状态为Q=0，Q=1。当CP由0变1时，有两个信号通道影响触发器的输出状态，一个是G12和G22打开，直接影响触发器的输出，另一个是G4和G3打开，再经G13和G23影响触发器的状态。前一个通道只经一级与门，而后一个通道则

CP的跳变经前者影响输出比经后者要快得多。在CP由0变1时，G22的输出首先由0变1，这时无论G23为何种状态（即无论J、K为何状态），都使Q仍为0。由于Q同时连接G12和G13的输入端，因此它们的输出均为0，使G11的输出Q=1，触发器的状态不变。CP由0变1后，打开G3和G4，为接收输入信号J、K作好准备。

3.CP 由1变0时触发器翻转

、K=0，则Q3=0、Q4=1，G13和G23的输出均为0。当CP 下降沿到来时,G22的输出由1变0,则有Q=1，使G13输出为1，Q=0，触发器翻转。虽然CP变0后，G3、G4、G12和G22封锁，Q3=Q4=1，但由于与非门的延迟时间比与门长（在制造工艺上予以保证）,因此Q3和Q4这一新状态的稳定是在触发器翻转之后。由此可知,该触发器在CP下降沿触发翻转，CP一旦到0电平，则将触发器封锁，处于(1)

2.1.4 74190N（同步十进制可逆计数器）

图2.4 74190逻辑图

计数器选用集成电路74190。74190是十进制同步可逆计算器，具有异步并行置数功能、保持功能。由于74190没有专用的清零输入端，要借用QD、Qc、QB、

QA的输出数据间接的实现清零功能。74LS190是预置是异步的，当置入控制端

（ LD ）为低电平时，不管时钟CP 的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（D0～D3）相一致的状态。190 的计数是同步的，靠CP 加在4 个触发器上而实现。当计数控制端（CT ）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0～Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（U /D）为低电平时进行加计数，当计数方式控制（U /D）为高电平时进行减计数。只有在CP 为高电平时CT 和

U /D 才可以跳变。190 有超前进位功能。当计数溢出时，进位/错位输出端（CO/BO）输出一个低电平脉冲，其宽度为CP 脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端（ RC ）输出一个宽度等于CP 低电

平部分的低电平脉冲。利用 RC 端，可级联成N 位同步计数器。当采用并行CP控制时，则将RC 接到后一级CT ；当采用并行CT 控制时，则将RC 接到后一级CP。

CO/BO 进位输出/错位输出端； CP 时钟输入端（上升沿有效）； CT 计数控制端（低电平有效）； D0～D3 并行数据输入端；

LD 异步并行置入控制端（低电平有效）； Q0～Q3 输出端；

RC 行波时钟输出端（低电平有效）； U /D 加/减计数方式控制端

2.1.7 555定时器

U8

555_TIMER_RATED

VCCRSTDISTHRTRICON

GND

OUT

图2.6 555定时器逻辑图

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC

/3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

图2.7 555定时器内部引脚图

2.1.8二输入或非门

U5A74HC02D_2V

图2.8或非门逻辑图和引脚图

其主要功能为

表2.9或非门功能表

2.1.8二输入或门

U6A74LS32N

图2.10或门逻辑图与74LS32引脚图

74LS32是2输入或门，常用在各种数字电路以及单片机系统中。 表达式为：Y=A+B。功能：只要有一个为1输出则为1，否则为0。

2.2单元模块

2.2.1 信号灯转换模块

L0：东西方向车道的绿灯亮，车道通行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行； L1：东西方向车道的黄灯亮，车辆缓行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行； L2：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车辆通行； L3：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车辆缓行； 用以下六个符号分别代表东西（A）、南北（B）方向上各灯的状态： A0=1：东西方向车道的绿灯亮； A1=1：东西方向车道的黄灯亮； A2=1：东西方向车道的红灯亮； B0=1：南北方向车道的绿灯亮； B1=1：南北方向车道的黄灯亮； B2=1：南北方向车道的红灯亮。

设编码状态L0=00，L1=01，L2=10，L3=11。输出为Q0,Q1。

A0=1n0n A1=1nQ0n A2=Q1n B0=Q1n0n B1=Q1nQ0n B2=1n 由特性方程：

Q0n 1= 0n

Q1n 1= 1nQ0n+Q1n0n

Qn 1= Jn+Qn

可得 J0=1，K0=1；J1=Q0n，K1=Q0

n

图2.12 信号灯装换模块电路

2.2.2倒计时计数模块

这里主要运用74190来实现十进制同步减计数器，需选用两个74190芯片。 要实现清零功能，只要借助输出端便可间接实现。把2个输出端QA、QB、QC、QD分别连4输入或非门，再用一个与非门分别接2个芯片的LOAD端，由上表易知便可重新回到原始所置的数。

预置数功能：用8个开关分别接十位数74190芯片的D﹑C﹑B﹑A端和个位数74190芯片的D﹑C﹑B﹑A端。预置数的范围为1~99。假如把通行时间设为45s，个位从D到A分别为0101，十位从D到A分别为0100。接电源相当于接1，悬空相当于接0。

要实现45s的倒计时，其中作为个位数的74190芯片的CLK接脉冲发生器，再把个位数74190芯片输出端的错误！未找到引用源。﹑错误！未找到引用源。用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9,0（0000）和9（1001）之间的错误！未找到引用源。﹑错误！未找到引用源。与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。

图2.13 倒计时计数模块电路图

2.2.3 CP秒脉冲模块

图2.14 秒脉冲电路图

3.总设计（总电路图）

倒计时计数器向信号灯转换器提供定时信号T5和定时信号T0以实现信号

灯的转换。T0表示倒计时减到数“00”时（即绿灯的预置时间，因为到“00”时，计数器重新置数），此时给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把个位﹑十位计数器的输出端错误！未找到引用源。﹑错误！未找到引用源。﹑错误！未找到引用源。﹑错误！未找到引用源。分别用一个4输入或非门连起来，再把这两个4输入或非门的输出用一个与门连起来。T5表示倒计时减到数“05”时，给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的绿灯的变为黄灯，红灯不变。接法为：当减到数为“05”（0000 0101）时，把十位计数器的输出端错误！未找到引用源。﹑错误！未找到引用源。﹑错误！未找到引用源。﹑错误！未找到引用源。用一个4输入或非门连起来，个位计数器的输出端错误！未找到引用源。﹑错误！未找到引用源。用一个4输入与门连接起来。最后把T5和T0两个定时信号用或门连接接入信号灯转换器的时钟端。

要求黄灯每秒闪一次，故用一个秒脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连接至黄灯。

图3.1 总设计静止图

图3.2总设计动态图

4.故障分析与电路改进

4.1 故障分析和解决

倒计时技术模块里，45秒倒计时到00时就停了，无法回到45。

解决方法：当到00时2个芯片8个输出均为0，用2个或非门进行或非，再与非输到Load端，因为当Load为0时为重新置数，为1时是倒计时。 4.2 电路改进

用555定时器代替5V的信号源，用8个单刀单掷的开关来控制预制数，这样就可以设置不同进制的计数器，可以根人性化的控制交通灯红绿的时间。

5.总结

通过这次课程设计，我学到了好多东西。

首先是加深了对课本基础知识的理解，其次，通过查阅相关书籍，上网搜索相关资料。拓展了自己的知识范围，了解芯片的功能与使用，Multisim软件中有好多东西都是这次课程设计中自己学会的。

当然，在设计电路过程中也会遇到一些麻烦，比如刚开始时，计数器显示器读秒太慢，改了脉冲信号后才恢复正常；交通灯本来用发光二极管和电阻组成代替，连接相对复杂些，连错了，导致仿真时东西方向除红灯外都不亮，南北方向绿灯亮了45s，然后转换为黄灯，再亮45s，红灯不亮；后来改成指示器，东西方向和南北方向的黄灯仅有其中一个会亮，也是改了脉冲信号后，信号灯才正常显示。不过，解决问题过程让能我更好的学习。

6.心得体会

在本次课程设计中，我对74190、触发器加深了了解，并巩固了对它们的使用。对于数字、模拟电路的综合运用有了更深一步理解，为以后的电路分析和设计奠定了一定的基础。

同时提高了实践动手能力。大学中许多的时间都是在学习理论知识，很少参与到实践中去。课程设计给我们提供了一个宝贵的机会，理论用于实践，从设计、仿真、安装调试，每一步的进行，都受益匪浅。而这其中许多的实践经验是我们在课本上学不到的，必须经过这样严格的自己动手，才能从中体会出设计成果的喜悦。理论知识总是要用于实践中才能得以升华，我们应该更多地参与实践，以增强我们对电子专业的兴趣。同时，从开发设计一些小规模产品去体会学习开发设计电子产品的设计思路，为以后的工作打下基础。

经过这段时间的课程设计，我学到了许多东西，对课本上的内容的理解加深了印象，同时也学会了一种学习的态度认真、严谨的学习态度。这就是我的另一个收获，不仅仅是做课程设计，无论是做什么研究，都必须要有一种认真严谨的学习态度，比如说，独立思考独立完成，认真接线，仔细检查等，这些都是对我

们自身能力的一种培养，在以后的学习甚至工作中，很多东西都只能靠自己去独立思考完成，因此我们也藉此学会了一种独立思考的学习态度。

培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力。培养书写综合设计实验报告的能力。这次实习使我收获颇深

7.元件清单

图 4.1 元件清单

8.参考文献

[1]《数字逻辑电路试验及课程设计指导书》 自编

[2]王连英，《基于Multisim10的电子仿真实验与设计》,北京邮电大学出版社，2010.2 :345-368

[3] 三系电工电子教研室. 《宿迁学院课程设计指导书》

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wcei.html