交通控制灯

图6 计数器电路

3. 控制电路设计

前面的64进制计数器在一个周期内的计数值为B5B4B3B2B1B0=000000~111111。在30s~32s和62s~64s时计数器B4B3B2B1的输出为1111，而30s~32s和62s~64s为黄灯工作时间，因此中间四位B4B3B2B1可以用来控制黄灯是否工作；计数器前32个计数周期B5为0，后32个计数周期B5为1，因此最高位B5可以用来控制路口红、绿灯的工作状态。控制电路可以使用组合逻辑电路构成。

由此，控制电路的真值表可以写出，如表1所示。

表1 控制电路逻辑真值表 输入（计数器计数值） B5 0 0 1 1 B4B3B2B1 不全为1 1111 不全为1 1111 X B0 输出 （以南北路口为例，东西路口只需将红绿调换即可） 黄灯亮 0 1 0 1 红灯亮 1 1 0 0 绿灯亮 0 0 1 1 根据上表可得控制电路的逻辑表达式为：

?黄灯=B4B3B2B1??红灯=B5

??绿灯=B5根据以上逻辑表达式可以设计得到控制电路如图7所示。黄灯驱动信号从“0.5s”端口引入，驱动信号通过与否受74LS21四输入与门的输出控制，控制功能由74LS08两输入与门实现。

图7 控制电路图

4. 其他电路（秒计数电路）

由于Multisim仿真速度慢，为了能够判断电路工作时序是否正确，本设计还额外增加一个用2片74LS90级联组成，用1s时钟信号驱动的秒计数器，用来产生表示秒数的8421BCD码。当黄灯工作时，秒计数器自动清零。该部分电路如图8所示。

图8 秒计数电路（图中每个计数器的输出从上到下为BABBBCBD）

六、 总电路图

由于该电路采用模块化设计，此处的总电路图只贴出模块化电路图，如图9所示。本实验中的时钟源电路、计数器电路、控制电路和秒计数电路分别见图5、图6、图7和图8。在模块化电路中，各个模块的端口对应的输入和输出可以参见前面各模块的电路图。

在该模块化电路图中，SC1(CLOCK_SOURCE)为时钟源电路，SC2(COUNTER)为计数器电路，SC3(LIGHT_CONTROL)为控制电路，SC4(SEC_COUNTER)为秒计数电路。秒计数电路的输出分别用两个7段数码管显示。时钟源的0.5s时钟信号用来驱动一个指示灯，在1s的时间里亮灭各占0.5秒。

图9 模块化电路图

七、 实验数据整理及结果分析

1. 时钟源电路（使用图5所示的逻辑分析仪XLA1进行仿真）

图10 时钟源电路整体时序关系图

信号说明：“9”为74LS90输出的2Hz信号，“11”为74LS90输出的1Hz信号，“5”和“SC1/1s”分别为反相之后的2Hz信号和1Hz信号，“SC3/0.5s”为经过D触发器处理后的2Hz信号。

通过以上的时序关系图可以推断，时钟源电路产生的1Hz信号（SC1/1s输出）和2Hz信号（SC3/0.5s输出）均为上升沿有效，2Hz在进过一个周期重新出现新的上升沿的时候，1Hz信号也经过一个周期且重新出现新的上升沿。由于1Hz信号用来计时（驱动计数器），2Hz信号用于黄灯闪烁，因此从上图的时间标尺和波形可以推测，黄灯在经过一个0.5s亮和0.5s灭之后，计数值加1（秒数加1）。

接下来看图11所示的2Hz信号和1Hz信号的详细时序图。

图11 2Hz信号和1Hz信号详细时序图

从图11可以看出，2Hz信号半周期持续时间（即黄灯亮或灭的时间）为

541.2509ms，2Hz信号周期（黄灯亮灭一个周期）T1=1.0328s，1Hz信号周期（计数器值加一之前经过的时间）T2=1.0328s，T1=T2。以上的测量数据证实了，在误差允许的范围内（电路仿真不可能100%准确），黄灯在经过一个0.5s亮和0.5s灭之后，计数值加1。由此，时钟源电路功能正常，该模块设计完成。 2. 计数器电路

以下使用1kHZ标准时钟信号对计数器电路进行测试，测试电路图图如图12所示。

图12 计数器测试电路图

（使用逻辑分析仪XLA1。SC2为计数器电路，内部电路参见图6）