1数字逻辑电路设计数字逻辑电路设计课程设计课程设计总总 结结 报报 告告题目：计时器及红绿灯设计报告题目：计时器及红绿灯设计报告 指导教师：指导教师： 莫林莫林设计人员：设计人员： 日期：日期：2014 年年 6 月月 5 日日1.1.设计任务书设计任务书1.11.1 红绿灯设计任务书红绿灯设计任务书2任务： 1、红绿灯控制器（选作） （创新班比必做）基本设计要求： EWB 仿真实现，设计一个红绿灯控制器控制器设计应具有以下功能（1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。.（2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。 （3）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。(4 ) 东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。要求有时间显示的（顺数、逆数皆可）时间自定(按学号：红灯时间（学号）=绿灯时间+黄灯时间（5） 。给定条件：FPGA 红绿灯开发板1.21.2 计时器设计任务书计时器设计任务书基本设计要求： 电脑仿真， 电路板布线计时器应具有以下功能（1） 显示时间：分钟，秒钟（时间为学号后两位，小于 20 的加上 20）（2） 设置操作开关，计时器具有清零，启动、暂停和继续的功能。（3） 场次至少有两次（可多次） ，半场结束时，有报警信号；比赛结束时，计时器停止工作，有报警信号。 （可用发光二极管显示）给定条件：只能采用实验室提供的中小规模电路进行设计；实验室提供基本元件，做完后交回。32.设计框图及整机概述设计框图及整机概述2.12.1 红绿灯设计框图及整机概述红绿灯设计框图及整机概述计时器由信号发生电路，计数电路，时间显示电路，红绿灯显示电路构成，设计总框图如下图 2.1 所示图 2.1红绿灯设计框图2.12.1 计时器设计框图及整机概述计时器设计框图及整机概述计时器由信号发生电路，计数电路，控制电路，报警电路，显示电路构成，设计总框图如下图 2.2 所示图 2 .2 计时器设计框图 3.各单元电路的设计方案及原理说明各单元电路的设计方案及原理说明3.1.13.1.1 红绿灯秒信号红绿灯秒信号红绿灯秒信号由 FPGA 开发板晶振输出，通过 74LS160 计数器分频后，得到秒脉冲。43.1.23.1.2 红绿灯计数电路红绿灯计数电路我的学号为 502，所以采用两分钟，即 120 秒作为一个计数周期。红绿灯计数电路由 3 个 74LS160 计数器及基本门电路构成，3 个计数器分别输出个位、十位、百位信号。计数电路电路图如下图 3.1所示图 3.1计数电路电路图3.1.23.1.2 红绿灯时间显示电路红绿灯时间显示电路红绿灯时间显示电路由 3 个数码管构成，分别显示个位、十位、百位时间。3.1.23.1.2 红绿灯红绿灯显示电路红绿灯红绿灯显示电路按照设计要求：红灯时间（120m）=绿灯时间(115m)+黄灯时间（5m） 。以 120 秒为一个周期，红绿灯循环交替闪烁。3.2.13.2.1 计时器秒信号计时器秒信号秒信号由实验室提供的数字电路课程设计实验箱信号发生器提供，可输出多频信号和稳定秒脉冲。3.2.23.2.2 计时器计数电路计时器计数电路我的学号为 502，所以采用 22 分钟（时间为学号后两位，小于20 的加上 20） ，即 1320 秒为一个计数周期。计数电路由 4 个574LS160 和基本门电路构成。四个 74LS160 计数器分别输出秒个位信号，秒十位信号，分个位信号，分十位信号。3.2.33.2.3 计时器控制电路计时器控制电路计时器控制电路由清零控制，启动控制，暂停控制，恢复控制四个部分构成。（1）清零控制：要求能够通过按键实现对计数器的置零；（2）启动控制：要求能够通过按键实现对计数器的启动；（3）暂停控制：要求能够通过按键实现对计数器的计数的暂停；（4）恢复控制：要求能够通过按键实现对已被暂停计数器恢复计数的；3.2.43.2.4 计时器报警电路计时器报警电路报警电路由 led 灯及基本门电路构成。当比赛进行到一半，即计数器计数到 11 分钟时，中场暂停报警信号灯被点亮，直到下半场计时开始。比赛结束，即计数器计数到 22 分时钟时，全场暂停报警信号灯被点亮。3.2.53.2.5 红绿灯时间显示电路红绿灯时间显示电路红绿灯时间显示电路由 4 个数码管构成，分别显示秒个位信号，秒十位信号，分个位信号，分十位信号。4.调试过程及结果分析调试过程及结果分析4.14.1 红绿灯调试及结果分析红绿灯调试及结果分析由于红绿灯实验是在 FPGA 开发板上实现，所以没有进行电路的6调试检查。4.24.2 计时器调试及结果分析计时器调试及结果分析焊接完计时器电路板，调试时，发现暂停功能无法正常实现。检查电路，查找触发器元件资料后发现，触发器存在延时效应。在仿真软件上无法体现出触发器的延时特性，但在实际电路图中，会出现延时，所以无法实现对电路的控制。5.设计、安装及调试中的体会设计、安装及调试中的体会5.1 红绿灯设计、安装、及调试中的体会红绿灯设计、安装、及调试中的体会按照资料中的教学视频，很快实现了通过画原理图来控制 led 灯的点亮熄灭。但在画红绿灯原理图时，发现无法打开资料中的点亮数码管的封装，所以无法实现对数码管的点亮，后来发现是版本问题。5.2 计时器设计、安装、及调试中的体会计时器设计、安装、及调试中的体会在电路设计时，没有考虑到触发器的延时效应，导致做出来的电路无法进行控制，没有实现设计要求。后来对电路进行了修改，但也只是在实验箱上实现计时器功能，并没有重新制作计时器电路板。6.对本次课程设计的意见及建议对本次课程设计的意见及建议在对电路板的调试过程中，发现实验室的芯片很多都是坏的，浪费了大量的时间进行检测。希望下次能够按班级提供芯片，回收芯片，这样既能避免芯片的浪费，也能节约大家进行调试的时间。77.附录附录附录一：计时器电路原理图附录一：计时器电路原理图8附录二：红绿灯电路原理图附录二：红绿灯电路原理图附录二：红绿灯附录二：红绿灯 FPGA 图图9