6.6數字電路綜合設計6.6.1汽車尾燈控制電路1.要求：假設汽車尾部左右兩側各有三個指示燈(用發光二極管模擬)，要求汽車正常運行時指示燈全滅；右轉彎時，右側3個指示燈按右循環順序點亮；左轉彎時左側三個指示燈按左循環順序點亮；臨時剎車時所有指示燈同時閃爍。2．電路設計：(1)列出尾燈與汽車運行狀態表如表6.1所示表6.1尾燈與汽車運行狀態表開關控制S1S0運行狀態左尾燈D4D5D6右尾燈D1D2D3００正常運行燈滅燈滅０１右轉彎燈滅按D1D2D3順序循環點亮１０左轉彎按D4D5D6順序循環點亮燈滅１１臨時剎車所由尾燈隨時鐘CP同時閃爍(2)總體框圖：由于汽車左或右轉彎時，三個指示燈循環點亮，所以用三進制計數器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點亮。由此得出在每種運行狀態下，各指示燈與各給定條件(S1、S0、CP、Q1、Q0)的關系，即邏輯功能表(如表6-2所示(表中0表示燈滅，1表示燈亮)。由表6-2得總體框圖如圖6.6-1所示圖6.6-1汽車尾燈控制電路原理框圖表6.2汽車尾燈控制邏輯功能表開關控制S1S0三進制計數器Q1Q0六個指示燈D6D5D4D1D2D3００000000０１000110000100000010000001１０01001000010000100000１1CPCPCPCPCPCP(3)單元電路設計三進制計數器電路可根據表6-2由雙J—K觸發器74LS76構成。汽車尾燈控制電路如圖6.6-2所示，其顯示驅動電路由6個發光二極管構成；譯碼電路由3—8線譯碼器74LSl38和6個與門構成。74LSl38的三個輸入端A2、A1、A0分別接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三進制計數器的輸出端。當S1＝0，使能信號A=G=1，計數器的狀態為00，01，10時，74LSl38對應的輸出端、、依次為0有效(、、信號為“1”無效)，反相器G1—G3的輸出端也依次為0，故指示燈D1→D2→D3按順序點亮，示意汽車右轉彎。若上述條件不變，而S1＝1，則74LSl38對應的輸出端、、依次為0有效，即反相器G4～G6的輸出端依次為0，故指示燈D4→D5→D6按順序點亮，示意汽車左轉彎。當G＝0，A=1時，74LSl38的輸出端全為1，G6～G1的輸出端也全為1，指示燈全滅；當G＝0，A＝CP時，指示燈隨CP的頻率閃爍。對于開關控制電路，設74LSl38和顯示驅動電路的使能端信號分別為G和A，根據總體邏輯功能表分析及組合得G、A與給定條件(S1、S0、CP)的真值表，如表6—3所示。表6—3S1、S0、CP與G、A邏輯功能真值表開關控制S1S0CP使能信號GA０００１０１１１１０１１１１CP０CP由表6—3經過整理得邏輯表達式,,由上式得開關控制電路，如圖6.6-2所示。圖6.6-2汽車尾燈總控制電路3．建立圖6.6-2所示汽車尾燈控制電路，啟動仿真，測試系統功能。試將圖中的開關控制電路變換成子電路，再重新仿真。6.6.2交通信號燈控制電路設計1.要求：設計一個主、支干道十字路口交通燈控制電路。主干道路燈亮45秒、支干道綠燈亮25秒;每次綠燈轉換為紅燈過程中黃燈亮5秒；主干道在通行45秒后，若支干道無車，則主干道的綠燈繼續亮下去，直到支干道有車，才繼續轉換；黃燈亮時，原紅燈按1Hz的頻率閃爍；十字路口要有時間顯示（要求以秒為單位作減計數）以便人們直觀把握時間。2.原理分析支干道是否有車輛到來可以利用傳感器進行檢測，本電路用邏輯開關代替，有車到來，開關閉合(K=1)，無車時，開關斷開(K=0)。根據設計要求，各信號燈的工作順序流程如圖6.6-3所示。四個路口均設紅、黃、綠三色信號燈和用于計數的有兩位數碼管顯示的十進制計數器。信號燈四種不同的狀態分別用S0(主綠燈亮，支紅燈亮)、S1(主黃燈亮，支紅燈閃爍)、S2(主紅燈亮，支綠燈亮)、S3(主紅燈閃爍，支黃燈亮)表示。圖6.6-3交通燈控制流程圖根據系統工作流程要求，系統硬件結構框圖如圖6.6-4所示。圖6.6-4交通燈控制系統硬件結構框圖3.單元電路設計(1)時基電路：可由555多諧振蕩器構成。為簡化電路，在此選用秒脈沖信號源代替。圖6.6-5可預置定時及顯示電路(2)可預置定時及顯示電路：如圖6.6-5所示2位十進制可預置數遞減計數器選用兩片74LS190異步級聯構成；選用兩只帶譯碼功能的七段顯示數碼管實現兩位十進制數譯碼顯示；由74LS190功能表可知，該計數器在零狀態時RCO端輸出低電平。將個位與十位計數器的RCO端通過或門控制兩片計數器的置數控制端LOAD(低電平有效)，從而實現了計數器減計數至“00”狀態瞬間完成置數的要求。通過8421碼(3)狀態控制器由流程圖可見，系統有4種不同的工作狀態(S0～S3)，選用四位二進制遞增集成計數器74LS163作狀態控制器，取低兩位輸出QB、QA作狀態控制器的輸出。狀態編碼S0、S1、S2、S3分別為00、01、10、11，可列出燈控函數真值表如表6.4所示。表6.4燈控函數真值表控制器狀態QBQA主干道R(紅)Y(黃)G(綠)支干道r(紅)y(黃)g(綠)００００１１０００１０１０１００１０１００００１０１１１００１０利用Multisim2001的邏輯轉換儀，由燈控函數真值表很容易得到最簡燈控邏輯函數如下：R=QB，Y=QB’QA，G=QB’QA’；r=QB’，y=QBQA，g=QBQA’根據燈控函數表達式可畫出狀態譯碼器電路。圖6.6-6是將狀態控制器、狀態譯碼器和模擬三色信號燈相連構成的三色信號燈轉換控制電路。圖6.6-