实验名称 自主设计型实验
交通信号灯设计实验
1. 实验目的
(1) 掌握74LS161、74LS112、74LS20、74LS00的逻辑功能和使用方法 (2) 利用JK 触发器及与非门构成控制电路
(3) 掌握555集成定时器的基本逻辑电路功能及使用方法 (4) 运用所学知识进行电路设计，提高动手能力
2. 总体设计方案或技术路线
设计方案：
通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计, 提出自动控制十字路口两组红、黄、绿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。通过本次设计实现以下功能：
(1) 设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口
处设置红、绿、黄三色信号灯。
(2) 主干道绿灯6秒，黄灯2秒，红灯4秒；支干道红灯8秒，绿灯2秒，黄灯2秒。主干
道设立6秒、2秒、4秒计时、显示电路；支干道设立8秒、2秒、2秒计时、显示电路。 (3) 主干道绿灯亮时，支干道红灯亮；支干道绿灯亮时，主干道红灯亮。在每次由绿灯亮到
红灯亮的转换过程中，要亮黄灯作为过渡。
注：考虑到数字实验箱芯片插座数量限制，交通信号灯转换时间有所缩短，但不影响其功能及电路总体结构，只是转换时间较短。
技术路线：
电路主要由秒脉冲发生器、计时器、JK 触发器、门电路等部分组成。
(1) 脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器，因为控制系统是以秒作为单位，所以用
秒脉冲发生器，且其对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。555定时器组成的秒脉冲CP1的周期为：T ≈0.7（R1+2*R2）*C，若T ＝1s ，令C ＝10µF，R1＝44.2K Ω， R2=51KΩ。
(2) 计数器部分采用74LS161，主干道和支干道分开显示，主干道完成6s 、2s 、4s 循环，支
干道完成8s 、2s 、2s 循环。计数器采用的是复位法实现所需进制计数。首先设置主干道6s 的计数，将计数器输出端Q2、Q3与与非门连接，当6s 计数完成时，两个输出端为1，与非门输出由1变为0，并产生脉冲信号给主控电路中的JK 触发器（默认Q 端输出初始值为0，J 、K 输入1），触发器输出状态变化时，Q 由0变为1，Q ’由1变为0，
同时将与非门的输出端接到计数器的清零端，开始下一次计数。之后是2s 计数，由于此时Q 端输出为1，当计数器计数到2s 时，与非门输出0是计数器清零重新计数，同时产生的脉冲信号使JK 触发器Q 由1变为0。接着是2s 计数，计数器输出端Q1及另一片JK 触发器的Q 端与与非门连接，2s 计数完成后，与非门输出为0，使两片JK 触发器置0
(3) LED 数码显示通过CD4511译码器完成，信号灯的控制通过与非门和JK 触发器的输出端
控制。
3. 实验电路图
实验电路图
4. 仪器设备名称、型号
(1)74LS161、74LS112、74LS20、74LS00、CD4511（数字实验箱内置）芯片、555定时器
(2)发光二极管绿、黄、红各2个（自备） (3)直流稳压电源
(4)数字电路实验箱、实验板 (5)数字万用表、导线
5. 理论分析或仿真分析结果
采用Multisim 12.0软件对电路进行仿真，以下为一周期内的仿真结果：
6. 详细实验步骤及实验结果数据记录
(1)按图链接电路，检查无误后接通电源。
(2)
信号灯一周期内变化情况
7. 实验结论
本次实验实现了电路的预期功能：
(1) 主干道绿灯亮6s ，黄灯亮2s ，红灯亮4s ；支干道红灯亮8s ，绿灯亮2s ，黄灯亮2s 。 (2) 主干道绿灯亮时，支干道红灯亮；支干道绿灯亮时，主干道红灯亮。 (3) 每次由绿灯向红灯的转换过程，亮黄灯作为过渡。 (4) 由555定时器产生特定频率的脉冲。 (5) 由LED 数码显示器显示时间。
8. 实验中出现的问题及解决对策
实验时出现脉冲输出间断情况，计数器停止计数，某一发光二极管常亮。由于导线在使用之前均用万用表进行过测试，所以可以判断是导线和实验板间接触不良造成称的，这时用手按压导线连接端，当按到某处时，LED 数码显示器数字发生变化，可判断处接触不良，用手按住即可让电路正常工作。
9. 本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议
通过本次自主设计型实验，我对实验所涉及的原理、元器件功能有了更深的认识，掌握了由555定时器构成所需频率脉冲发生器的方法，对计数器实现特定要求进制的计数方法及预置的方法有了更为深入的体会。同时，通过本次实验还熟悉了仿真软件Multisim ，实现了从特定问题出发，分析、设计电路，仿真，转化为实际成果的全过程。这个过程培养了我分析解决问题的能力，提高了动手能力，真正将理论付诸实践，激发了学习的积极性。 希望实验室能够我们提供更多的实验器材和实验机会，让我们在实验中学习更多的知识，提高动手能力。
10．参考文献
[1] 杨世彦 电工学. 中册，电子技术 北京:机械工业出版社,2008:TM1
[2] 王传新 电子技术基础实验——分析、调试、综合设计 北京:高等教育社,2006:TN-33 [3] 王宇红 电工学实验教程 北京:机械工业出版社,2009:TM1-33
实验名称 自主设计型实验
交通信号灯设计实验
1. 实验目的
(1) 掌握74LS161、74LS112、74LS20、74LS00的逻辑功能和使用方法 (2) 利用JK 触发器及与非门构成控制电路
(3) 掌握555集成定时器的基本逻辑电路功能及使用方法 (4) 运用所学知识进行电路设计，提高动手能力
2. 总体设计方案或技术路线
设计方案：
通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计, 提出自动控制十字路口两组红、黄、绿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。通过本次设计实现以下功能：
(1) 设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口
处设置红、绿、黄三色信号灯。
(2) 主干道绿灯6秒，黄灯2秒，红灯4秒；支干道红灯8秒，绿灯2秒，黄灯2秒。主干
道设立6秒、2秒、4秒计时、显示电路；支干道设立8秒、2秒、2秒计时、显示电路。 (3) 主干道绿灯亮时，支干道红灯亮；支干道绿灯亮时，主干道红灯亮。在每次由绿灯亮到
红灯亮的转换过程中，要亮黄灯作为过渡。
注：考虑到数字实验箱芯片插座数量限制，交通信号灯转换时间有所缩短，但不影响其功能及电路总体结构，只是转换时间较短。
技术路线：
电路主要由秒脉冲发生器、计时器、JK 触发器、门电路等部分组成。
(1) 脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器，因为控制系统是以秒作为单位，所以用
秒脉冲发生器，且其对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。555定时器组成的秒脉冲CP1的周期为：T ≈0.7（R1+2*R2）*C，若T ＝1s ，令C ＝10µF，R1＝44.2K Ω， R2=51KΩ。
(2) 计数器部分采用74LS161，主干道和支干道分开显示，主干道完成6s 、2s 、4s 循环，支
干道完成8s 、2s 、2s 循环。计数器采用的是复位法实现所需进制计数。首先设置主干道6s 的计数，将计数器输出端Q2、Q3与与非门连接，当6s 计数完成时，两个输出端为1，与非门输出由1变为0，并产生脉冲信号给主控电路中的JK 触发器（默认Q 端输出初始值为0，J 、K 输入1），触发器输出状态变化时，Q 由0变为1，Q ’由1变为0，
同时将与非门的输出端接到计数器的清零端，开始下一次计数。之后是2s 计数，由于此时Q 端输出为1，当计数器计数到2s 时，与非门输出0是计数器清零重新计数，同时产生的脉冲信号使JK 触发器Q 由1变为0。接着是2s 计数，计数器输出端Q1及另一片JK 触发器的Q 端与与非门连接，2s 计数完成后，与非门输出为0，使两片JK 触发器置0
(3) LED 数码显示通过CD4511译码器完成，信号灯的控制通过与非门和JK 触发器的输出端
控制。
3. 实验电路图
实验电路图
4. 仪器设备名称、型号
(1)74LS161、74LS112、74LS20、74LS00、CD4511（数字实验箱内置）芯片、555定时器
(2)发光二极管绿、黄、红各2个（自备） (3)直流稳压电源
(4)数字电路实验箱、实验板 (5)数字万用表、导线
5. 理论分析或仿真分析结果
采用Multisim 12.0软件对电路进行仿真，以下为一周期内的仿真结果：
6. 详细实验步骤及实验结果数据记录
(1)按图链接电路，检查无误后接通电源。
(2)
信号灯一周期内变化情况
7. 实验结论
本次实验实现了电路的预期功能：
(1) 主干道绿灯亮6s ，黄灯亮2s ，红灯亮4s ；支干道红灯亮8s ，绿灯亮2s ，黄灯亮2s 。 (2) 主干道绿灯亮时，支干道红灯亮；支干道绿灯亮时，主干道红灯亮。 (3) 每次由绿灯向红灯的转换过程，亮黄灯作为过渡。 (4) 由555定时器产生特定频率的脉冲。 (5) 由LED 数码显示器显示时间。
8. 实验中出现的问题及解决对策
实验时出现脉冲输出间断情况，计数器停止计数，某一发光二极管常亮。由于导线在使用之前均用万用表进行过测试，所以可以判断是导线和实验板间接触不良造成称的，这时用手按压导线连接端，当按到某处时，LED 数码显示器数字发生变化，可判断处接触不良，用手按住即可让电路正常工作。
9. 本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议
通过本次自主设计型实验，我对实验所涉及的原理、元器件功能有了更深的认识，掌握了由555定时器构成所需频率脉冲发生器的方法，对计数器实现特定要求进制的计数方法及预置的方法有了更为深入的体会。同时，通过本次实验还熟悉了仿真软件Multisim ，实现了从特定问题出发，分析、设计电路，仿真，转化为实际成果的全过程。这个过程培养了我分析解决问题的能力，提高了动手能力，真正将理论付诸实践，激发了学习的积极性。 希望实验室能够我们提供更多的实验器材和实验机会，让我们在实验中学习更多的知识，提高动手能力。
10．参考文献
[1] 杨世彦 电工学. 中册，电子技术 北京:机械工业出版社,2008:TM1
[2] 王传新 电子技术基础实验——分析、调试、综合设计 北京:高等教育社,2006:TN-33 [3] 王宇红 电工学实验教程 北京:机械工业出版社,2009:TM1-33