数字逻辑交通灯设计基于SN74ls

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　武汉工程大学

　计算机科学与工程学院

　综合设计报告

　设计名称：

　 基础硬件综合设计

　设计题目：

　：

　 交通灯控制器的设计

　学生学号：

　1205030106

　 专业班级：

　 12 智能科学与技术 01 班

　 学生姓名：

　黄

　威

　 学生成绩：

　指导教师）

　（职称）：

　：

　张敏（讲师）

　 课题工作时间：

　2014/5/19

　至

　 2014/6/1

　说明：

　1、报告中的第一、二、三项由指导教师在综合设计开始前填写并发给每个学生；四、五两项（中英文摘要）由学生在完成综合设计后填写。

　2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩。

　3、指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个设计期间的平时表现、设计完成情况、报告的质量及答辩情况，给出客观、全面的评价。

　4、所有学生必须参加综合设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理。答辩小组成员应由 2 人及以上教师组成。

　5、报告正文字数一般应不少于 5000 字，也可由指导教师根据本门综合设计的情况另行规定。

　6、平时表现成绩低于 6 分的学生，取消答辩资格，其本项综合设计成绩按不及格处理。

　7、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式（适用于学院各类综合设计），各教研室可根据本门综合设计的特点及内容做适当的调整，并上报学院批准。

　成绩评定表

　学生姓名：

　黄威

　 学号：

　 1205030106

　 班级：

　12 智能科学与技术 01 班

　类别 合计 分值 各项分值 评分标准 实际得分 合计得分 备注 平时表现 10 10 按时参加综合设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。

　 由设计负责人给出 完成情况 30 20 按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。

　10 能对其设计内容进行详细、完整的介绍，并能就指导教师提出的问题进行正确的回答。

　报告质量 35 10 报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理；报告字数符合相关要求，工整规范，整齐划一。

　5 课题背景介绍清楚，综述分析充分。

　5 设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强，具有说服力。

　5 符号统一；图表完备、符合规范要求。

　5 能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果。

　5 参考文献数量在 3 篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。

　答辩情况 25 10 在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。

　15 在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。

　 总评成绩：

　 分

　补充说明：

　指导教师：

　 （签字）

　日

　期：

　年

　 月

　 日

　答辩记录表

　学生姓名：

　 黄威

　学号：

　1205030106

　 班级：

　12 智能科学与技术 01 班

　 答辩地点：

　 答辩内容记录：

　 答辩成绩 合计 分值 各项分值 评分标准 实际得分 合计得分 备注 25 10 在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。

　15 在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。

　 答辩小组成员（签字）：

　 年

　 月

　日

　指导教师评语

　 指导教师：

　 （签字）

　日

　期：

　年

　 月

　 日

　一、综合设计目的、条件、任务和内容要求：

　 《数字逻辑》是计算机的硬件基础，计算机专业的重要基础课。

　其中组合逻辑电路与时序逻辑电路是这门课程的重点内容。本课题就是对逻辑电路的综合应用。

　在现代城市中，随着人口和汽车的急剧增长，市区交通日益拥挤，要是没有红绿灯作为指挥工具，恐怕川流不息的汽车就会由于混乱而造成严重阻塞。因此，交通灯是交管部门管理城市交通的重要工具之一。

　 随着电子与计算机技术的迅速发展，电子电路的分析与设计方法发生了重大的变化。电子设计自动化技术已成为设计现代电子系统必不可少的工具和手段。在电子技术领域里，为了便于储存，分析和传输，常将模拟信号编码，即把它转换为数字信号，利用数字逻辑这一强有力的工具来分析和设计复杂的数字电路或数字系统，为信号的储存，分析和传输创造了硬件环境。

　本课程设计的任务就是设计一个交通灯的控制器系统。鼓励学生在熟悉基本原理的前提下，与实际应用相联系，提出自己的方案，完善设计。

　具体设计任务如下：

　1．熟悉交通灯的工作原理；

　2．写出交通灯控制器的设计方案； 3．用硬件加以实现； 4．写课程设计报告。

　设计要求：

　设计一个主干道和支干道十字路口的交通灯控制电路。要求：

　1． 一般情况下，保持主干道通畅，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，并且主干道绿灯亮不得少于 60S； 2． 主干道无车，支干道有车，则支干道绿灯亮，主干道红灯亮，并且支干道绿灯亮不得超过 30S； 3． 每次主干道或支干道绿灯变红灯时，黄灯先亮 5S

　按如下要求设计十字路口交通灯。

　东西向绿灯亮 60 干秒，黄灯闪烁 5 次后红灯亮， 红灯亮后，南北向由红灯变为绿灯，60 秒后南北向黄灯闪烁 5 此后变红灯，东西向变绿灯，如此重复。

　如果一个单位时间为 1 秒，这里设定的十字路口交通灯按如下方式四个步骤循环工作：

　60 个单位时间，南北红，东西绿； 5 个单位时间，南北红，东西黄； 60 个单位时间，南北绿，东西红； 5 个单位时间，南北黄，东西红；

　 指导教师签字：

　年

　月

　 日

　 二、进度安排：

　第１~2 天：查找资料，熟悉交通灯控制器的设计原理，给出设计总体方案； 第 3~4 天：控制器各模块的详细设计； 第 5~9 天：硬件连线，调试； 第 9~10 天：写课程设计报告。

　 三、应收集资料及主要参考文献：

　1．谢自美. 电子线路设计-实验-测试[M] .:华中科技大学出版社, 2000

　2.汤继华. 常用集成芯片使用[M].:北京理工大学出版社,1995 3.康华光. 电子技术基础 [M].:高等教育出版社,1999 4.范爱平.电子电路实验与虚拟技术[M].:山东科技技术出版社，2001

　 四、综合设计（课程设计）摘要（中文）：

　在现代城市中，随着人口和汽车的急剧增长，市区交通日益拥挤，要是没有红绿灯作为指挥工具，恐怕川流不息的汽车就会由于混乱而造成严重阻塞。因此，交通灯是交管部门管理城市交通的重要工具之一。交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。交通信号灯控制器主要由计时器、秒脉冲发生器、状态转换控制器、译码显示电路及信号灯组成。状态转换控制器由 SN74LS163 实现，通过该芯片的计数功能实现四种状态的循环转换，计时器电路是SN74ls192 在秒脉冲信号的作用下实现计时功能，显示电路经过 SN74LS192 的倒计数功能的控制在七段 8421BCD 数码显示器上显示数据来实现。计时器对状态转换控制器通过 ENP 进行控制，从而实现数字的显示及绿、黄、红灯的转换。

　 关键词：交通信号灯；数字逻辑；电路设计；SN74ls192；SN74ls163

　五、综合设计（课程设计）Abstract（英文）：

　In the modern city, the reason why urban traffic is becoming more and more crowed is that population and cars increase sharply, If there were no traffic lights, I"m afraid the incessant vehicles will cause serious obstruction due to confusion. Therefore, the traffic lights is one of the important tools of traffic administration management to supervise urban traffic. Traffic lights used in intersection, which is used to control vehicles flow, improve the intersection traffic capacity, reduce the number of traffic accidents. Traffic light controller is mainly composed of timer, pulse generator, state transitions, decoding display circuit and signal controller. State transition controller by SN74LS163 implementation, through the implementation of the chip count function the state of the four cycle transformation, timer circuit is SN74ls192 in seconds under the action of the pulse signal timing functions, display circuit after SN74ls192 count down function of control in 8421BCD digital screen display data. The timer to control state transition controller by ENP, so as to realize digital display and conversion of the green, yellow, red light.

　 Keywords：Traffic lights; Digital logic; Circuit design; SN74ls192; SN74ls163

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　. . 目 录 目 录 ........................................................................................................................................... I

　摘

　要 ........................................................................................................................................ II

　Abstract .................................................................................................................................... II

　第一章

　课题设计绪论 ............................................................................................................ 1

　1.1 设计目的与意义 ................................................................................................................ 1

　1.2 设计条件 ............................................................................................................................ 1

　1.2.1 硬件平台 ........................................................................................................................ 2

　1.2.2 软件平台 ........................................................................................................................ 2

　1.3 工作内容 ............................................................................................................................ 2

　1.3.1 设计任务 ........................................................................................................................ 3

　1.3.2 设计要求 ........................................................................................................................ 3

　第二章

　设计简介及设计方案论述 ........................................................................................ 4

　2.1 设计原理 ............................................................................................................................ 4

　2.2 设计方案 ............................................................................................................................ 4

　2.2.1 计时部分设计简介 ........................................................................................................ 5

　2.2.2 显示器与信号灯设计 .................................................................................................... 6

　2.2.3 信号灯状态转换器设计 ................................................................................................ 6

　第三章

　详细设计 .................................................................................................................... 8

　3.1

　计时器 .......................................................................................................................... 8

　3.1.2 六十进制减法计数器设计 .............................................................................................. 9

　3.2 信号灯状态转换控制器 .................................................................................................. 10

　3.3 信号灯设计整合 .............................................................................................................. 11

　第四章

　设计结果及分析 ...................................................................................................... 13

　4.1 结果分析 .......................................................................................................................... 13

　致

　........................................................................................................................................ 15

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　摘

　要

　在现代城市中，随着人口和汽车的急剧增长，市区交通日益拥挤，要是没有红绿灯作为指挥工具，恐怕川流不息的汽车就会由于混乱而造成严重阻塞。因此，交通灯是交管部门管理城市交通的重要工具之一。交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。交通信号灯控制器主要由计时器、秒脉冲发生器、状态转换控制器、译码显示电路及信号灯组成。状态转换控制器由 SN74LS163实现，通过该芯片的计数功能实现四种状态的循环转换，计时器电路是 SN74ls192 在秒脉冲信号的作用下实现计时功能，显示电路经过 SN74LS192 的倒计数功能的控制在七段8421BCD 数码显示器上显示数据来实现。计时器对状态转换控制器通过 ENP 进行控制，从而实现数字的显示及绿、黄、红灯的转换。

　关键词：交通信号灯；数字逻辑；电路设计；SN74ls192；SN74ls163

　 Abstract

　In the modern city, the reason why urban traffic is becoming more and more crowed is that population and cars increase sharply, If there were no traffic lights, I"m afraid the incessant vehicles will cause serious obstruction due to confusion. Therefore, the traffic lights is one of the important tools of traffic administration management to supervise urban traffic. Traffic lights used in intersection, which is used to control vehicles flow, improve the intersection traffic capacity, reduce the number of traffic accidents. Traffic light controller is mainly composed of timer, pulse generator, state transitions, decoding display circuit and signal controller. State transition controller by SN74LS163 implementation, through the implementation of the chip count function the state of the four cycle transformation, timer circuit is SN74ls192 in seconds under the action of the pulse signal timing functions, display circuit after SN74ls192 count down function of control in 8421BCD digital screen display data. The timer to control state transition controller by ENP, so as to realize digital display and conversion of the green, yellow, red light.

　Keywords：Traffic lights; Digital logic; Circuit design; SN74ls192; SN74ls163

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　. . 第一章

　课题设计绪论

　 在现代城市中，随着人口和汽车的急剧增长，市区交通日益拥挤，要是没有红绿灯作为指挥工具，恐怕川流不息的汽车就会由于混乱而造成严重阻塞。因此，交通灯是交管部门管理城市交通的重要工具之一。

　交通灯控制器是可以自动控制交通灯，并以倒计时的方式显示出时间，方便行人和车辆在通行时有条不紊的通行，达到交通井然有序，出行人员安全快捷的到达目的地的效果。本次实验的就是想通过这样的一个实例，结合数字电路课程的学习共同实现这样的一个应用工具，达到理论和实践相结合的目的 。

　 1.1 设计目的与意义

　 随着人口和汽车的急剧增长，市区交通变得日益拥挤，为了解决这一问题，所以发明了交通信号灯以管理交通秩序。我们学习制作交通信号灯，既可以熟悉各种芯片的使用，又能增强我们的数字逻辑硬件设计能力，因此，我们将展开关于交通灯的课题设计工作。

　本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿的交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。本实验设计目的是培养数字电路的能力，掌握交通信号灯控制电路的设计方法。

　1.2 设计条件

　随着电子与计算机技术的迅速发展，电子电路的分析与设计方法发生了重大的变化。电子设计自动化技术已成为设计现代电子系统必不可少的工具和手段。在电子技术领域里，为了便于储存，分析和传输，常将模拟信号编码，即把它转换为数字信号，利用数字逻辑这一强有力的工具来分析和设计复杂的数字电路或数字系统，为信号的储存，分析和传输创造了硬件环境。

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　. . 1.2.1 硬件平台

　图 1-1 DICE-D8-I (由于资源有限，以 DICE-D8-I 代替说明) 学校实验室提供有“DICE-D8-III 数字电路实验箱”，该型数字电路学习机,设计豪华气派,主机提供了多种信号源;锁紧插座;台湾产面包板;正面印刷字符连线,反面按装元器件,所有信号源频率计等电路全部由 CPLD 芯片和双面板构成，所有器件均选用上等优质产品,使整机的品质得到提高。由于正面没有任何元件,从而能有效的降低和避免人为损坏的可能,本机特点：使用方便,耐用,实验项目灵活,可方便做数字模拟各类实验。本学习机适用于高等院校及各类职业技术学校的电子技术类教学。

　 1.2.2 软件平台

　EWB 是一种电子电路计算机仿真软件，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，英文全称为 Electronics Workbench。该软件提供了示波器、函数发生器、万用表、频谱仪和逻辑分析仪等虚拟电子设备，14 种分析工具，4 种扫描分析，8 000多个元器件模型， 使使用者可以方便地进行电路原理图的输入和仿真测试，观察电路的工作状态、稳定性、灵敏度，还可以观察条件、参数变化时电路的变化情况。EWB 软件是一个模拟、开放的电子实验平台。在它上面，设计人员可以做各种类型、难度各异的电子电路实验和实际电子产品设计，以便方便地修改与优化电路。

　 1.3 工作内容

　本课程设计的任务就是设计一个交通灯的控制器系统。我们在熟悉基本原理的前提下，与实际应用相联系，提出自己的方案来完善设计。先制图，后硬件实现。

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　. . 1.3.1 设计任务

　交通灯课程设计基于数字逻辑电路，《数字逻辑》是计算机的硬件基础，计算机专业的重要基础课。其中组合逻辑电路与时序逻辑电路是这门课程的重点内容。本课题就是对逻辑电路的综合应用。具体任务如下：

　1. 熟悉交通灯的工作原理； 2. 写出交通灯控制器的设计方案； 3. 用硬件加以实现； 4. 写课程设计报告。

　 1.3.2 设计要求

　本课程设计按如下要求来完成，具体要求如下：

　1. 本设计是适用于东西-南北双向交叉的十字路； 2. 东西向红灯亮 60s，同时南北向的绿灯亮 55s 后，切换黄灯，闪烁 5s；南北向由黄灯转为红灯时，开始下一个 60s，此时，南北向红灯亮 60s，同时，东西向的绿灯亮 55s 后，切换黄灯，闪烁 5s。以上即完成一个循环； 3. 重复运行以上循环，从而实现交通信号灯。

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　. . 第二章

　设计简介及设计方案论述

　 本章简要介绍交通灯的设计原理，以及设计方案。交通灯的设计原理是：通过时序电路部分来控制信号灯和七段二进制译码数码管显示器（以下简称显示器），以达到计时与状态转换的要求。设计方案为：设计可由两部分组成，一为信号部分，包括用于控制交通信号灯点亮与熄灭的控制部分和信号灯；二为计时部分，通过倒计时，以 60s 为循环的周期来计时，由计数器和显示器构成。

　 2.1 设计原理

　交通信号灯包含两部分时序电路以及一些辅助的组合逻辑电路。计时部分是需要时序电路来实现的，而状态转换也可由时序电路控制；组合逻辑电路用于实现逻辑控制功能。二者的关系由下图可以说明：

　2.2 设计方案

　交通灯的信号有时间信号和通行信号，时间信号用于提示等待和通行的时间，通信信号则由颜色为红、黄、绿的三种灯来实现。因此，设计可由两部分组成：一为信号部分，包括用于控制交通信号灯点亮与熄灭的控制部分和信号灯；二为计时部分，通过倒计时，以 60s 为循环的周期来计时，由计数器和显示器构成。

　实现上述两部分以后，计时部分输出一个反馈信号给信号部分，在特定时刻来实现信号灯的明灭状态切换。

　计时 状态转换控制器 显示 交通信号灯 反馈 输出 输出 图 2-1 各部分关系图

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　. . 2.2.1 计时部分设计简介

　《数字逻辑》一书中，该教材第六章提到采用中、大规模集成电路的逻辑设计讲解了使用用 SN74ls192 芯片制作减法器的方法，所以通过学习对这个芯片的使用，制作一个六十进制的减法计数器，以达到计时的目的 [1] 。实际工作中，考虑到六十进制可由一个六进制部分的十位电路与一个十进制的各位电路来构成，所以，选材时直接选用十进制的计数器 SN74ls192 芯片。以下为该芯片模拟图与各管脚功能介绍：

　图 2-2 芯片 SN74ls192 图示

　管脚说明：

　1. A、B、C、D 各管脚为芯片的输入端，置数功能时使用； 2. QA、QB、QC、QD 各管脚为芯片的输出端，输出为 8421BCD 码，QA 对应最低位，QD 为最高位； 3. DOWN、UP 管脚为功能选择端。当 DOWN 输入时钟脉冲信号时，UP 输入“1”，芯片以信号时钟时间为周期做常规减法计算，即减 1 法，UP 输入为“0”时，做减2 法计算；当 UP 输入时钟脉冲时，DOWN 输入“1”，芯片做加法运算；

　4. BO’、CO’两端口分别对应借位输出和进位输出，LOAD’端口为置数端； 5. CLR 端口为清零端。

　功能表如下：

　表 2-1 SN74ls192 的功能表 输入 输出 CLR UP DOWN LOAD’ D C B A QD QC QB QA 1 X X X X X X X 0 0 0 0 0 X X 0 d c b a d c b a 0 cp

　1 X X X X 加法计数 0

　cp 1 X X X X 减法计数

　SN74ls192 功能丰富，满足此课题设计要求，因此，本次设计的计时部分选用该芯片作为核心器件。详细设计在下一章说明。

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　. . 2.2.2 显示器与信号灯设计 显示器设计相对简单，考虑到 74ls192 输出端直接对应为 8421BCD 码，所以，直接使用 8421BCD 译码数码管，即 DCD_HEX。该数码显示器管脚从左至右对应 QD、QC、QB、QA。

　 图 2-3 8421BCD 译码数码管

　信号灯直接选用相应颜色的发光二极管即可。

　 2.2.3 信号灯状态转换器设计 在设计信号灯前，通过学习交通知识，了解到信号灯的状态循环，当东西向红灯亮60s，同时南北向的绿灯亮 55s 后，切换黄灯，闪烁 5s；南北向由黄灯转为红灯时，开始下一个 60s，此时，南北向红灯亮 60s，同时，东西向的绿灯亮 55s 后，切换黄灯，闪烁 5s，如此往复循环。给出如下时序图进一步说明：

　从图 2-4 可以看出，交通信号灯的一个循环周期为 120s，东西向与南北向总共有四个状态，即为东西向红灯时，南北向有绿色、黄色两个状态，同样的，南北向红灯时，东西向有绿色、黄色两个状态，总共为 4 个。因此，可以用二进制数表示为 00、01、10、11。由于四位二进制计数器 SN74ls163 可以实现上述四个状态的循环，我们采用此芯片作为信号灯的状态转换控制器。以下给出 SN74ls163 的功能与管脚说明：

　 图 2-5 SN74ls163 芯片图示

　黄灯5s 绿灯 60s 红灯 60s 红灯 60s 绿灯 60s 黄灯5s 东西向 南北向 图 2-4 信号灯时序图

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　. . 管脚说明：

　1. A、B、C、D 各管脚为芯片的输入端，A 为最低位，D 为最高位，用于置数输入； 2. ENP、ENT 两个输入端是功能选择端，当两者输入至少有一个为低电平时，实现保持功能，当两者输入都为高电平时，实现计数功能； 3. CLR"端口为清零端； 4. CLK 为时钟脉冲输入端； 5. LOAD"为置数端； 6. RCO 为进位输出端； 7. QA、QB、QC、QD 为输出端，从左至右顺序，QD 为高位。

　功能表如下：

　表 2-2 SN74ls163 功能表 输入 输出 CLR cp LOAD’ ENP ENT QD QC QB QA D C B A 0 ↑ X X X X X X X 0 0 0 0 1 ↑ 0 X X d c b a d c b a 1 ↑ 1 0 X X X X X 保持 1 ↑ 1 X 0 X X X X 保持 1 ↑ 1 1 1 X X X X 加法计数

　由图 2-4 可以列出信号灯状态转换真值表，如下：

　表 2-3 信号灯状态转换真值表 QB QA Ra Ga Ya Rb Gb Yb 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 注释：

　1. Ra、Ga、Ya 代表东西向红、绿、黄三色信号灯，Rb、Gb、Yb 代表南北向红、绿、黄三色信号灯； 2. 因为二进制数从 0-15 的变换中，最低位与次低位遵循 00→01→10→11→00 这样一种循环，所以，只用取 SN74ls16 输出端 QB、QA 即可表示。

　因此，可以求得六路输出函数，化简后的输出函数为：

　表 2-4 各向输出函数表 东西向输出函数 南北向输出函数 Ra QB 

　Rb QB 

　Ga QB QA 

　Gb QB QA 

　Ya QB QA 

　Yb QB QA 

　 将上述各输出直接与相应的信号灯连接，即可实现对各灯状态的转换控制。

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　. . 第三章

　详细设计

　在第二章中，简要介绍了交通信号灯各部分的设计原理以及硬件选材，包括计时部分时序电路的设计以及信号灯状态转换控制的设计。计时器的核心器件为 SN74ls192 芯片，灯的状态转换控制器则主要由 SN74ls163 来实现。

　在第二章的基础上，总体的设计思路明确为：计时器控制信号灯状态转换器。本章将详细介绍各部分的设计步骤，在第二章中已给出详细说明的，在本章将适当省略。

　 3.1 计时器 既然要设计一个六十进制的减法计数器，并以此来实现计时功能，那么，就需要先设计一个十进制的减法计数器和一个六进制的减法计数器，再将两个计数器组合成一个六十进制的减法计数器。

　 3.1.1 十进制、六进制减法计数器的设计

　无论是十进制的减法计数器也好，还是六进制的减法计数器也罢，都是以 SN74ls192作为核心器件来进行设计的。由于该芯片是一个十进制的计数器，无需我们多费周折，只要将必要的端口输入正确，再搭配 8421BCD 数码显示管，就可以初步构成一个十进制的减法计数器。

　在 EWB 中，十进制减法计数器的设计的电路图如下所示：

　图 3-1 十进制减法计数器

　六进制的减法计数器与十进制的设计方法大体相同，唯一不同的是六进制最大显示的数为 5，并以“5→4→3→2→1→0→5”这样一种循环往复。这里，可以使用 SN74ls192的同步置数功能，设计思想是：当计数器从状态“0”将变至“9”时，输出端从 QD 至QA 会由“0000”减法计数变为“1001”的二进制数码，因此，要在“1001”的同时将

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　. . 其置数为“0101”，所以 LOAD’的输入应是这样一个函数：

　" LOAD QD QA  ，目的就是为了在出现“1001”时，将“9”对应为的“1001”同步置数为“5”对应的“0101”。EWB 仿真设计中的电路图如下所示：

　图 3-2 六进制减法计数器

　3.1.2 六十进制减法计数器设计 上一节中，详细的分析了两种进制的减法计数器的设计，也为我们下一步工作做好了铺垫，值得提问的是：六进制与十进制的两个人减法计数器与六十进制的有什么联系，又如何实现呢？

　在明确了问题之后，关键要素也将清晰可见。关于两个进制的计数器之间的联系在于，在概率统计学中，问题的解决如果是分层次完成的的，对应数学的加法，如果是分步完成的，就对应数学的乘法，这里的关系真好对应后者，是分步的。也就是说，六进制与十进制分步工作，组合能完成六十进制的功能，即为：十进制作为六十进制的个位，六进制作为十位，个位每记十次数，十位就记一次，相当于进位。

　有了初步的设计方案，接下来就是如何实现硬件的连接了。SN74ls192 芯片是带有进位输出与借位输出端的，既然是减法计数器，我们选择使用借位输出功能，但是借位输出直接用于控制十位上计数功能的脉冲信号，会出现不同步的现象，以此作为控制十位上计数功能的信号不妥，所以，我们通过选取 QD、QA 两线来表示“9”，以此作为十位上的计数器脉冲信号。

　虽然实现了借位计数的功能，但是，工作仍然不能说算完成了，因为，接下来的问题出现了，如何使得十位上的数在没有接到借位信号时不计数呢？所以，实现该器件的保持功能成为了进一步的任务。

　查阅资料后，了解到 SN74ls192 虽无保持端，但是，可以实现保持功能，即当 DOWN端口没有接收到上升沿的脉冲信号时，芯片不会改变输出状态，只有当接受到上升沿的脉冲信号时，芯片做减法计数。我们通过使用单刀双掷开关，模拟脉冲信号来测试芯片的保持功能，下图为 EWB 仿真实验电路图：

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　图 3-3 模拟脉冲信号测试芯片保持功能

　 有了借位与保持功能后，将借位输出信号作为时钟脉冲信号，控制十位上的计数功能，以实现六十进制的同步计数器。

　到此，六十进制的减法计数器设计思想已经完善，通过组合，即可实现，要实现计时器的功能，只需将脉冲信号的频率设置为 1 赫兹即可，此时脉冲周期为一秒。下图是计时器的设计图：

　图 3-4 计时器 EWB 仿真电路图

　3.2 信号灯状态转换控制器 在第二章中，介绍了交通信号灯的时序状态转换，并得到表 2-3，所以可做出 Moore型原始状态图：

　00 01 10 11 1 1 1 1 图 3-5 Moore 型原始状态图

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　. . 得出原始状态图后，结合表 2-4 可以定义 SN74ls163 的各输出端了，因此，在 EWB中的仿真电路图如下：

　图 3-6 交通灯状态转换控制电路图

　3.3 信号灯设计整合 完成 3.1 与 3.2 节工作后，接下就是考虑如何将两部分整合为一个完整的交通信号灯控制器了。主要工作是把计时器与信号灯状态转换控制器电气连接，实现计时器控制信号灯的状态切换，从而达到本设计的要求。那么如何实现呢？

　在第二章中，给出了 SN74ls163 是具有保持功能的，所以，这为我们的设计提供了便利。因为该器件是当 ENP、ENT 端口有一个输入为低电平时来实现保持功能的，所以，我们选取其中一个端口输入高电平，另一个端口用于控制，即为：将 ENT 端口输入为高电平，当需要切换信号灯当前状态转换为下一状态时，给 ENP 端口输入一次高电平脉冲信号，使 SN74ls163 开始计数，并在脉冲信号回归到低电平时暂停计数，以此实现对信号灯状态切换的控制。那么这个脉冲信号如何实现呢？

　在分析了交通信号灯各个状态切换时所对应的时刻后得出，当计时器第一次“00”→“59” →“05”的过程中，要保持信号灯状态转换器的输出状态为“00”，总共为 55秒；在计时器“05”时刻到来后，切换信号灯状态转换器输出状态由“00”变为“01”，并在计时器的“05”→“00”之间保持信号灯状态转换器输出状态为“01”状态 5 秒；在计时器的“00”时刻到来后，切换信号灯状态转换控制器输出状态由“01”变为“10”，并在第二次“00”→“59” →“05”的过程中，要保持信号灯状态转换器的输出状态为“10”，总共为 55 秒；在计时器“05”时刻到来后，切换信号灯状态转换器输出状态由“10”变为“11”，并在计时器的“05”→“00”之间保持信号灯状态转换器输出状态为“11”状态 5 秒；下一个周期变化同上，以上面的 120 秒为周期循环。

　所以，这个脉冲可以这样定义：当十位显示“0”、各位显示“0”或“5”时，发射一次信号脉冲。这个脉冲在这样的特殊时刻发出，并在其它时间静默，因此能有效的控制信号灯的状态切换了。

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　. . 整合各部分设计的 EWB 仿真电路图为：

　图 3-7 交通信号灯控制电路图

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　第四章

　设计结果及分析

　所谓金无足赤，人无完人，我的设计也是如此，总不能完美。在本章中，我总结了自己的经验并分析设计结果，得出了美中不足的原因，在这里与大家交流和分享。

　 4.1 结果分析

　这次设计满足课题要求，并达到设计目的，各部分结构层次分明，能精确控制信号灯与计时器，但是有一点不足。在设计过程中，由于选用的芯片是没有保持端的，所以，在设计保持功能的时候是以有无脉冲来实现是否保持的，因此，在每次刚开电源时，十位上置数为“5”，个位上同时置数为“9”，并在置数的同时也给了十位上的 SN74ls192的 DOWN 端一次脉冲，导致多了一次减法计数，宏观上看，也就是计时器刚开机是从“49”开始计数的，但并不影响下一次计数，下一周期计数则是以“59”开始的。

　以上就是设计中的不足，如要改进，只需选用 SN74ls191 代替 SN74ls192 即可。

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　总

　 结

　这次课程设计历时整整两个星期。通过这两个星期的课程设计，我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

　在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。本次课程设计也巩固和加深了我对数字逻辑与电子线路基本知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要选学参考资料、查阅手册、图表和文献资料的自学能力。然后深入研究，提出方案，对比后得出最终的可行方案。同时我也巩固学习到了关于课程设计的基本方法、步骤和撰写设计论文的格式。

　通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐。和团队的同学这两周的一起工作的日子，我们相互帮助、默契配合。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

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　致

　 这次课程设计取得的成功，首先要感谢老师不辞辛苦的为我们讲解，对我们的提问总是耐心的解答，总能给我们启发，所以，在这里要谢谢我们敬爱的老师们！

　其次，我要感谢与我共同努力的同学们，与我一起设计，与我一起面对挑战，我们在一起讨论问题并解决问题，所以，没有你们的付出与帮助，怎会有我的成绩呢？我们争论过，疑惑过，但阻挡不了我们前行的步伐。

　最后，感谢学校提供一个良好的实验环境与完善的实验平台，是我们能取得学习成果的保证。谢谢你们！

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　参考文献

　 [1]. 毛法尧. 数字逻辑[M]. 第二版. :高等教育出版社, 2008:193-196; [2]. 谢自美. 电子线路设计-实验-测试[M] .:华中科技大学出版社, 2000; [3]. 汤继华. 常用集成芯片使用[M].:北京理工大学出版社,1995; [4]. 康华光. 电子技术基础 [M].:高等教育出版社,1999; [5]. 范爱平. 电子电路实验与虚拟技术[M].:山东科技技术出版社，2001.