实验二：Multisim交通灯仿真

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数字电路与逻辑设计 课程实验

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一、实验教学目的目的：使学生更好地巩固和加深对理论知识的理解， 增强学生理论联系实际的能力，提高学生的工程素质，通 过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的 学习和今后工作打下良好的基础。

本实验课是《数字电路与逻辑设计》专业基础课程的 课内实践教学课，重在培养学生数字电路的实践技能。要 求学生在教师指导下完成基本实验、综合实验，学会中小 型数字系统的工程设计方法，一人一组独立完成实验项目。

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二、实验基本要求(1)掌握数字逻辑实验板等常用仪器的基本原理、功

能及其使用方法。(2)了解常用数字集成电路的主要参数及逻辑功能。 (3)具有使用仪器查找和排除电路故障的能力。 (4)通过实验，进一步掌握数字电路的综合分析与

设计方法。(5)熟悉Multisim、QuartusII等EDA软件的电路设 计、仿真、下载方法及操作流程。 (6)熟悉CPLD、FPGA可编程逻辑器件的原理、功能

及应用。3 2015-6-23

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实验三：基于Multisim10的交通灯控制 电路设计与仿真1. 实验目的

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熟悉EDA仿真软件Multisim 10的基本 操作方法 熟悉MSI组合逻辑电路和时序逻辑路的逻辑功能 及使用方法 掌握MSI组合逻辑器件和时序逻辑器件组成数字 小系统的设计和测试方法 学会使用Multisim 10设计、仿真和调试数字逻 赖祖亮@小木虫 辑电路2015-6-23

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2.Multisim10软件主界面简介菜单栏仿真开关

工具栏

元器件栏

仪器仪表栏

状态栏 电路工作区5 2015-6-23

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3.实验原理交通灯控制电路是一种用在道路交叉路口控制红、黄、 绿三色交通信号灯按规定的时间顺序交替亮灭的应用电路。 按交通规则要求：红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄 灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁止线之外。

显示 译码 时间 计数

显示 译码 时间 计数

南北向 交通灯

东西向 交通灯

灯亮控制驱动

脉冲产生

分频

扭环计数器

交通灯控制电路原理框图

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交通灯控制电路设计要求: (1)交通灯控制电路在一个循环周期内要使红、黄、绿三色灯 依次点亮24s、4s、20s; (2)如调整时钟周期为4秒，则红、黄、绿三色灯点亮时间内所 包含的时钟周期个数依次为6、1、5,即一个循环周期内共12个 时钟周期； (3)时间计数的个位和十位分别用两个数码管显示，计数以秒 为单位，采用倒计时方式计数； (4)电路设计采用常规74 序列中规模组合逻辑电路和时序逻辑 器件实现，要求用扭环形计数器作为定时控制器。交通灯态序表态序 1 2 3 47

东西方向 绿灯亮，允许通行 黄灯亮，停车 红灯亮，禁止通行 红灯亮，

禁止通行

南北方向 红灯亮，禁止通行 红灯亮，禁止通行 绿灯亮，允许通行 黄灯亮，停车2015-6-23

时间(S) 20 4 20 4

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部分电路简介: (1)模12扭环形计数器 如图所示，两片74LS194扩展成了8位右移移位寄存器，根 据扭环计数器构成规则可知，电路接成了右移模12的计数器。

1 ( Q4 ) ( Q5 ) Q0' Q1' 0 1 × DSR 74LS194( 2 )

Q0

Q1

Q2

Q3 M1 M0 DSL

Q2'

Q 3' M1 M0 DSL 0 1 ×

DSR

74LS194( 1 )

CR D0 D1 D2 D3 × × × ×

CR D0 D1 D2 D3 × × × ×

CP T=4s

CR

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模12扭环形计数器状态表CP的顺序 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Q5 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 东西方向 南北方向

5(绿灯亮)

6 (红灯亮)

1(黄灯亮)

6(红灯亮)

5 (绿灯亮) 1 (黄灯亮)

逻辑表达式(由学生自己填写) 东西方向：绿：EWG= 黄：EWY= 南北方向：绿：NSG= 黄：NSY=9

红：EWR= 红：NSR=2015-6-23

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24进制计数器 (注意：该参考电路不是倒计时方式)下图是用两片74LS160接成二十四进制计数器。计数器从0 态开始计数。0 0 1 0

Q0

Q1

Q2

Q3

Q 0'

0

Q1'

1

Q 2'

0

Q 3' &

0

1

CT T

CO74LS160 (1)

CTP

CTP

CT T

74LS160 (2)

CO

CR LD D 0 D 1 D 2 D 3 × × × ×

CR LD D 0 D 1 D 2 D3 × × × ×

CP T=1s

两片74LS160接成二十四进制计数器电路图

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仿真参考电路如下图所示：(注意：计数显示不是倒计时方式)

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4. 实验内容与要求(1)在 Multisim 10界面中设计出交通灯控制器各单元电路，其 中脉冲信号发生器(可用Multisim 10中的函数发生器替代); (2)分别写出南北方向和东西方向红、黄、绿交通灯点亮的逻 辑函数表达式； (3)完成交通灯控制电路总体设计，并画出总体电路原理框图； (4)计数显示采用倒计时方式，分频电路不能与参考电路相同； (5)使用Multisim 10软件 ，仿真调试整机电路，并记录结果。

5. 仪器及器件(1)计算机一台； (2)Multisim 10仿真软件一套； (3)根据电路实现方案不同可分别调用 74LS74(112)、74LS194(164)、74LS190(191);74LS160(161) 74LS08、74LS04及三色灯和带有译码的数码管等器件。12 2015-6-23

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6. 实验报告(1) 写出交通灯控制电路各单元电路工作原理； (2) 给出整机原理框图和整机电路分析及调试结果； (3) 画出相应单元的工作波形； (4) 结论和体会。

7.思考题(1)交通灯控制电路中，基本时钟采用秒脉冲，如何实 现黄灯亮灭的控制？ (2)怎样实现交通灯控制电路中的倒计时显示，用什么 器件和方法可以实现24(23-00)进制的减法计数。

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