专业（电子）课程设计报告：题目——时序电路控制红绿灯

专业(电子)课程设计报告 题目:时序电路控制红绿灯 院(系) 专年姓 业级名 学号 指导教师 年 月 日

专业（电子）课程设计报告 题目：时序电路控制红绿灯 院 （系） 专 业 年 级 姓 名 学 号 指导教师 年 月 日

课程设计报告 、课程设计目的 1.熟悉TTL各种逻辑门电路的逻辑功能及测试方法;时序电路的设计 2.掌握JK触发器的逻辑功能及触发方式 掌握用触发器组成计数器的工作原理及输出波形 4.锻炼设计电路的动脑能力和搭建电路的动手能力; 5.锻炼自学能力,学会自己琢磨电路软件的应用; 6.锻炼在网上查找资料的能力以便以后出学校能更深入的学习,提高自己 的能力; 7.练习电路的搭建与调试,培养分析问题和解决问题的能力。 二、电路原理 1.电路实际应用意义 让人们对简单的发光二极管有新的看法,让它把我们的世界修饰得丰富 多彩 2.电路原理 电路的驱动方程: J1=Q K1=1 J2=Q1 K2=Q1 J3=Q1 Q2 K3=1 将上式代入J触发器的特性方程q+Q+KQ中去,于是得电路的状态方 程 Q1+=Q~Q1+1~Q1=Q1Q Q2+=Q1Q2+Q1Q2=Q1Q2 Q3+=(Q1Q2)Q3+1~Q3=Q1Q2Q 根据逻辑图写出输出方程为: 以上式中的Q1,Q2,Q3均表示触发器的现态。 电路的状态转换表如下: Q3 Qr 90011 0 0 0 0 0 Y0001 0 0 0

课程设计报告 一、课程设计目的 1．熟悉 TTL 各种逻辑门电路的逻辑功能及测试方法；时序电路的设计 2．掌握 JK 触发器的逻辑功能及触发方式； 3．掌握用触发器组成计数器的工作原理及输出波形； 4．锻炼设计电路的动脑能力和搭建电路的动手能力； 5．锻炼自学能力，学会自己琢磨电路软件的应用； 6．锻炼在网上查找资料的能力以便以后出学校能更深入的学习，提高自己 的能力； 7．练习电路的搭建与调试，培养分析问题和解决问题的能力。 二、电路原理 1．电路实际应用意义 让人们对简单的发光二极管有新的看法，让它把我们的世界修饰得丰富 多彩。 2．电路原理 电路的驱动方程： J1= Q~3 K1=1 J2= Q1 K2= Q1 J3= Q1 Q2 K3=1 将上式代入 JK 触发器的特性方程 Q n＋1 =JQ~n +K~Qn中去，于是得电路的状态方 程： Q1 n＋1 =Q3~ Q1 ~+1~ Q1 = Q1 ~ Q3~ Q2 n＋1 = Q1 Q2 ~+ Q1 ~ Q2 = Q1⊕Q2 Q3 n＋1 =（Q1 Q2）Q3~+1~ Q3 = Q1 Q2 Q3~ 根据逻辑图写出输出方程为： Y= Q3 + Q1 Q2 以上式中的 Q1 ，Q2， Q3 均表示触发器的现态。 电路的状态转换表如下： Q3 Q2 Q1 Q3 n＋1 Q2 n＋1 Q1 n＋1 Y 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1

1111 00 0101 0000 110 0000 111 状态转换图如下: 111 110 000 001 ->010)÷ 101 100 011 有上可知:每经过5个时钟信号以后电路的状态循环变化一次,所以这个电 路具有对时钟信号计数的功能,所以它是一个能自启动的模5计数器。它有3 个无效状态。 电路原理图 4.实物布线图

1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 状态转换图如下： 有上可知：每经过 5 个时钟信号以后电路的状态循环变化一次，所以这个电 路具有对时钟信号计数的功能，所以它是一个能自启动的模 5 计数器。它有 3 个无效状态。 3．电路原理图 桌面 of A4 16 16 20 10 16 14 15 16 14 15 V2 5v V1 4．实物布线图

74Ls08 45832074504D 74Ls110 74IS112D 三、课程设计总结 1.筹备过程 (1)选题过程 由老师给我们组的人随机抽题,我们抽到了由触发器和门电路组成 的时序电路控制红绿两个发光二极管 (2)查找教材、资料、相应软件 J-K触发器:具有置0、置1、保持、翻转功能。 电路结构: 采用与或非电路结构,属于下降沿触发的边沿JK触发器,如图7.6.1所示。 图7.6.1边沿了触发器的逻辑图

U5A 74LS112D 1Q 5 ~1Q 6 ~1PR 4 1K 2 ~1CLR 15 1J 3 1CLK 1 U5B 74LS112D 2Q 9 ~2Q 7 ~2PR 10 2K 12 ~2CLR 14 2J 11 2CLK 13 U1A 74LS112D 1Q 5 ~1Q 6 ~1PR 4 1K 2 ~1CLR 15 1J 3 1CLK 1 U2A 74LS04D U3A 74LS08D U4A 74LS32D LED1 LED2 cp脉冲 三、课程设计总结 1．筹备过程 （1）选题过程 由老师给我们组的人随机抽题，我们抽到了由 JK 触发器和门电路组成 的时序电路控制红绿两个发光二极管。 （2）查找教材、资料、相应软件 J-K 触发器：具有置 0 、置 1 、保持、翻转功能。 电路结构: 采用与或非电路结构，属于下降沿触发的边沿 JK 触发器，如图 7.6.1 所示

工作原理 1.CP=0时,触发器处于一个稳态。 CP为0时,G3、G4被封锁,不论JK为何种状态,Q3、Q均为1,另一方面,G12、 G22也被CP封锁,因而由与或非门组成的触发器处于一个稳定状态,使输出Q、 Q状态不变。 2.CP由0变1时,触发器不翻转,为接收输入信号作准备。 设触发器原状态为Q0,Q=1。当CP由0变1时,有两个信号通道影响触发器的 输出状态,一个是G12和G22打开,直接影响触发器的输出,另一个是G和G3 打开,再经G13和G23影响触发器的状态。前一个通道只经一级与门,而后 个通道则要经一级与非门和一级与门,显然CP的跳变经前者影响输出比经后者 要快得多。在CP由0变1时,G22的输出首先由0变1,这时无论G23为何种 状态(即无论J、K为何状态),都使Q仍为0。由于Q同时连接G12和G13的 输入端,因此它们的输出均为0,使G1的输出Q=1,触发器的状态不变。CP由 0变1后,打开G3和G4,为接收输入信号J、K作好准备。 3.CP由1变0时触发器翻转 设输入信号J=1、K=0,则Q3=0、Q4=1,G13和G23的输出均为0。当CP下降沿 到来时,G22的输出由1变0,则有Q=1,使G13输出为1,Q=0,触发器翻转。虽 然cP变0后,G3、GA、G12和G22封锁,Q3=Q4=1,但由于与非门的延迟时间比 与门长(在制造工艺上予以保证),因此Q3和Q4这一新状态的稳定是在触发器 翻转之后。由此可知,该触发器在CP下降沿触发翻转,CP一旦到0电平,则将 触发器封锁,处于(1)所分析的情况 总之,该触发器在CP下降沿前接受信息,在下降沿触发翻转,在下降沿后触发 器被封锁 功能描述 边沿型J触发器的状态转移真值表、特征方程、状态转移图及激励表与主从J 触发器完全一致,只不过在画工作波形图时,不用考虑一次变化现象。 脉冲工作特性 该触发器无一次变化现象,输入信号可在CP触发沿由1变0时刻前加入。该电 路要求J、K信号先于CP信号触发沿传输到G3、G4的输出端,为此它们的加入 时间至少应比CP的触发沿提前一级与非门的延迟时间。这段时间称为建立时间 test 输入信号在负跳变触发沿来到后就不必保持,原因在于即使原来的J、K信号变 化,还要经一级与非门的延迟才能传输到G3和G4的输出端,在此之前,触发器

工作原理 1.CP=0 时，触发器处于一个稳态。 CP 为 0 时，G3、G4 被封锁，不论 J、K 为何种状态，Q3、Q4 均为 1，另一方面,G12、 G22 也被 CP 封锁,因而由与或非门组成的触发器处于一个稳定状态，使输出 Q、 Q 状态不变。 2.CP 由 0 变 1 时，触发器不翻转，为接收输入信号作准备。 设触发器原状态为 Q=0，Q=1。当 CP 由 0 变 1 时，有两个信号通道影响触发器的 输出状态，一个是 G12 和 G22 打开，直接影响触发器的输出，另一个是 G4 和 G3 打开，再经 G13 和 G23 影响触发器的状态。前一个通道只经一级与门，而后一 个通道则要经一级与非门和一级与门，显然 CP 的跳变经前者影响输出比经后者 要快得多。在 CP 由 0 变 1 时，G22 的输出首先由 0 变 1，这时无论 G23 为何种 状态（即无论 J、K 为何状态），都使 Q 仍为 0。由于 Q 同时连接 G12 和 G13 的 输入端，因此它们的输出均为 0，使 G11 的输出 Q=1，触发器的状态不变。CP 由 0 变 1 后，打开 G3 和 G4，为接收输入信号 J、K 作好准备。 3.CP 由 1 变 0 时触发器翻转 设输入信号 J=1、K=0，则 Q3=0、Q4=1，G13 和 G23 的输出均为 0。当 CP 下降沿 到来时,G22 的输出由 1 变 0,则有 Q=1，使 G13 输出为 1，Q=0，触发器翻转。虽 然 CP 变 0 后，G3、G4、G12 和 G22 封锁，Q3=Q4=1，但由于与非门的延迟时间比 与门长（在制造工艺上予以保证）,因此 Q3 和 Q4 这一新状态的稳定是在触发器 翻转之后。由此可知,该触发器在 CP 下降沿触发翻转，CP 一旦到 0 电平，则将 触发器封锁，处于(1)所分析的情况。 总之，该触发器在 CP 下降沿前接受信息，在下降沿触发翻转，在下降沿后触发 器被封锁。 功能描述: 边沿型 JK 触发器的状态转移真值表、特征方程、状态转移图及激励表与主从 JK 触发器完全一致，只不过在画工作波形图时，不用考虑一次变化现象。 脉冲工作特性: 该触发器无一次变化现象，输入信号可在 CP 触发沿由 1 变 0 时刻前加入。该电 路要求 J、K 信号先于 CP 信号触发沿传输到 G3、G4 的输出端,为此它们的加入 时间至少应比 CP 的触发沿提前一级与非门的延迟时间。这段时间称为建立时间 test。 输入信号在负跳变触发沿来到后就不必保持，原因在于即使原来的 J、K 信号变 化,还要经一级与非门的延迟才能传输到 G3 和 G4 的输出端,在此之前，触发器

已由G12、G13、G22、G23的输出状态和触发器原先的状态决定翻转。所以这种 触发器要求输入信号的维持时间极短,从而具有很高的抗干扰能力,且因缩短 tCPH可提高工作速度。 从负跳变触发沿到触发器输出状态稳定,也需要一定的延迟时间tCPL。显然, 该延迟时间应大于两级与或非门的延迟时间。即tCPL大于28tpd 综上所述,对边沿JK触发器归纳为以下几点: (3)边沿J触发器具有置位、复位、保持(记忆)和计数功能;2.边沿JK 触发器属于脉冲触发方式,触发翻转只在时钟脉冲的负跳变沿发生;3 由于接收输入信号的工作在CP下降沿前完成,在下降沿触发翻转,在下 降沿后触发器被封锁,所以不存在一次变化的现象,抗干扰性能好,工作 速度快。 主从JK触发器: 电路结构 主从JK触发器是在主从RS触发器的基础上组成的。在主从RS触发器的R端 和S端分别增加一个两输入端的与门G11和G10,将Q端和输入端经与门输出为 原S端,输入端称为J端,将Q端与输入端经与门输出为原R端,输入端称为K 端。 工作原理 由上面的电路可得到S=JQ,R=KQ。代入主从RS触发器的特征方程得到: J=1,K=0时,Qn+1=1; J=0,K=1时,Qn+1=0; J=K=0时,Qn+1=Qn; J=K=1时,Qn+1=Qn; 由以上分析,主从J触发器没有约束条件。在JK=1时,每输入一个时钟脉冲, 触发器翻转一次。触发器的这种工作状态称为计数状态,由触发器翻转的次数 可以计算出输入时钟脉冲的个数。 功能描述 特征方程:

已由 G12、G13、G22、G23 的输出状态和触发器原先的状态决定翻转。所以这种 触发器要求输入信号的维持时间极短，从而具有很高的抗干扰能力，且因缩短 tCPH 可提高工作速度。 从负跳变触发沿到触发器输出状态稳定，也需要一定的延迟时间 tCPL。显然, 该延迟时间应大于两级与或非门的延迟时间。即 tCPL 大于 2.8tpd。 综上所述，对边沿 JK 触发器归纳为以下几点： （3） 边沿 JK 触发器具有置位、复位、保持（记忆）和计数功能； 2.边沿 JK 触发器属于脉冲触发方式，触发翻转只在时钟脉冲的负跳变沿发生； 3. 由于接收输入信号的工作在 CP 下降沿前完成，在下降沿触发翻转，在下 降沿后触发器被封锁，所以不存在一次变化的现象,抗干扰性能好，工作 速度快。 主从 JK 触发器: 电路结构: 主从 JK 触发器是在主从 RS 触发器的基础上组成的。 在主从 RS 触发器的 R 端 和 S 端分别增加一个两输入端的与门 G11 和 G10，将 Q 端和输入端经与门输出为 原 S 端，输入端称为 J 端，将 Q 端与输入端经与门输出为原 R 端，输入端称为 K 端。 工作原理 由上面的电路可得到 S=JQ,R=KQ。代入主从 RS 触发器的特征方程得到: 当 J=1，K=0 时，Qn+1=1； J=0，K=1 时，Qn+1=0； J=K=0 时，Qn+1=Qn； J=K=1 时，Qn+1=Qn； 由以上分析，主从 JK 触发器没有约束条件。在 J=K=1 时,每输入一个时钟脉冲， 触发器翻转一次。触发器的这种工作状态称为计数状态，由触发器翻转的次数 可以计算出输入时钟脉冲的个数。 功能描述: 特征方程：

状态转移真值表: 主从J触发器的状态转移真值表 q输出状态不变 0 100 0出状态与了潢技态相同 1出状态与厂满状态 1 10 矿两输入一个脉冲输出状态政变一次 1 状态转换图: 1*/1 J触发器的状态转移图 脉冲工作特性:J、K信号只要不迟于CP信号到达即可,因此有tset=0。保持 时间:为保证触发器可靠翻转,输入信号需要保持一定的时间。保持时间用tH 表示。如果要求CP=1期间J、K的状态保持不变,而CP=1的时间为t,则应 满足:tH≥tWH 传输延迟时间:若将从cP下降沿开始到输出端新状态稳定地建立起来的这段时 间定义为传输时间,则有:tPLH3 tpd tPHL=4tpd最高时钟频率:因为主从触 发器都是由两个同步RS触发器组成的,所以由同步RS触发器的动态特性可知 为保证主触发器的可靠翻转,CP高电平的持续时间t啊应大于3tpd。同理,为 保证从触发器能可靠地翻转,CP低电平的持续时间t啊L也应大于3tpd。因此, 时钟信号的最小周期为:Tc(min)≥6tpd最高时钟频率fo(max)≤1/6tpd 如果把J、K触发器接成T触发器使用(即将J和K相连后接至高电平),则最 高时钟频率还要低一些。因为从CP的下降沿开始到输出端的新状态稳定建立所 需要的时间为tPL≥4tpd,如果cP信号的占空比为50%,那么CP信号的最高 频率只能达到fc(max)=1/2tPH=1/8tpd

状态转移真值表： 状态转换图： 脉冲工作特性：J、K 信号只要不迟于 CP 信号到达即可，因此有 tset=0。保持 时间：为保证触发器可靠翻转，输入信号需要保持一定的时间。保持时间用 tH 表示。如果要求 CP=1 期间 J、K 的状态保持不变，而 CP=1 的时间为 tWH，则应 满足：tH≥tWH。 传输延迟时间：若将从 CP 下降沿开始到输出端新状态稳定地建立起来的这段时 间定义为传输时间，则有：tPLH=3tpd tPHL=4tpd 最高时钟频率：因为主从触 发器都是由两个同步RS 触发器组成的,所以由同步RS触发器的动态特性可知 , 为保证主触发器的可靠翻转，CP 高电平的持续时间 tWH 应大于 3tpd。同理,为 保证从触发器能可靠地翻转， CP 低电平的持续时间 tWL 也应大于 3tpd。因此， 时钟信号的最小周期为：Tc(min)≥6tpd 最高时钟频率 fc(max)≤1/6tpd。 如果把 J、K 触发器接成 T 触发器使用（即将 J 和 K 相连后接至高电平），则最 高时钟频率还要低一些。因为从 CP 的下降沿开始到输出端的新状态稳定建立所 需要的时间为 tPHL≥4tpd，如果 CP 信号的占空比为 50%，那么 CP 信号的最高 频率只能达到 fc(max)=1/2tPHL=1/8tpd

设计时序逻辑电路步骤: 1.逻辑抽象,得出电路的状态转换图或状态转换表 2.状态化简 3.状态分配 4.选定触发器的类型。求出电路的状态方程,驱动方程和输出方程 5.根据得到的方程式画出逻辑图 检查设计的电路能否自启动 六非门 74LS04 2输入四与门74LS08 2输入四或门74LS32 双JK触发器74LS112 我从网上下载了 Multisim绿色汉化版软件,安装后自己琢磨了半天,终于 会使该软件了,于是对电路进行了仿真。 (3)搞懂电路原理,制定设计方案 我们通过查阅数字电路教材,根据课程设计要求设计出了电路原理。 (4)画出电路初稿、计算出电路中元器件的参数 电路图如电路原理图所示,JK触发器选用74IS112,与门选用74IS08 或门选用74LS32,非门选用74LS04。电源选用直流5V电源。CP脉冲用数 字电路实验箱上的脉冲。 (5)元器件、电路板、实验工具、仪器的筹备 我们在弄清楚电路原理后,设计出了电路原理图,根据原理图列出元件 清单;按照老师指定地点拿回了元器件及电路板,然后去实验室找了电烙铁 及焊锡等实验工具。 2.制作、调试电路的过程 (1)制作过程 74LS112,74LS08,74LS04,74LS32的管脚图和实物图如下

设计时序逻辑电路步骤： 1． 逻辑抽象，得出电路的状态转换图或状态转换表 2． 状态化简 3． 状态分配 4． 选定触发器的类型。求出电路的状态方程，驱动方程和输出方程 5． 根据得到的方程式画出逻辑图 6． 检查设计的电路能否自启动 六非门 74LS04 2 输入四与门 74LS08 2 输入四或门 74LS32 双 JK 触发器 74LS112 我从网上下载了 Multisim 绿色汉化版软件，安装后自己琢磨了半天，终于 会使该软件了，于是对电路进行了仿真。 （3）搞懂电路原理，制定设计方案 我们通过查阅数字电路教材，根据课程设计要求设计出了电路原理。 （4）画出电路初稿、计算出电路中元器件的参数 电路图如电路原理图所示，JK 触发器选用 74LS112，与门选用 74LS08， 或门选用 74LS32，非门选用 74LS04。电源选用直流 5V 电源。CP 脉冲用数 字电路实验箱上的脉冲。 （5）元器件、电路板、实验工具、仪器的筹备 我们在弄清楚电路原理后，设计出了电路原理图，根据原理图列出元件 清单；按照老师指定地点拿回了元器件及电路板，然后去实验室找了电烙铁 及焊锡等实验工具。 2．制作、调试电路的过程 （1）制作过程 74LS112，74LS08，74LS04，74LS32 的管脚图和实物图如下：

K 1A U apCc Y aha 2Ad3126Y 2 2Y 0 JA O5 lo0 3Y 4A GND 4Y L5」L6|[7 GND LSO 20 kn38kn 120 1.5kn

回回回回回只兰熱 ≥1 我们根据原理图和实物图按个元件的实际功用将其焊接在电路板上。 (2)调试过程 在完成实物焊接之后,我们检查了各个焊点的接触性,使其接触性良好, 然后又对照了原理图,使其正确无误。 (3)结果 我们将焊好的电路板连接好实验箱,实现了红绿灯交替变换,成功的达 到了设计目的。需要进一步改进的是连线问题,我们达到了手工焊接的极限, 在今后的过程中我们尽量使其完美无暇 3.课程设计心得体会 在这次的课程设计过程中锻炼了我们的动手和动脑能力,检验了我们 所学的专业知识,包括模拟电路,数字电路,高频电子线路,为我们以后的 专业学习打下了坚实的基础。特别是对设计要求中触发器的特性和功用有了 深刻的了解和认识 通过这次课程设计,我们尝到了成功的喜悦,更为我们以后的学习注入 了一剂兴奋剂,我们更对以后的实践学习充满了信心

我们根据原理图和实物图按个元件的实际功用将其焊接在电路板上。 （2）调试过程 在完成实物焊接之后，我们检查了各个焊点的接触性，使其接触性良好， 然后又对照了原理图，使其正确无误。 （3）结果 我们将焊好的电路板连接好实验箱，实现了红绿灯交替变换，成功的达 到了设计目的。需要进一步改进的是连线问题，我们达到了手工焊接的极限， 在今后的过程中我们尽量使其完美无暇。 3．课程设计心得体会 在这次的课程设计过程中，锻炼了我们的动手和动脑能力，检验了我们 所学的专业知识，包括模拟电路，数字电路，高频电子线路，为我们以后的 专业学习打下了坚实的基础。特别是对设计要求中触发器的特性和功用有了 深刻的了解和认识。 通过这次课程设计，我们尝到了成功的喜悦，更为我们以后的学习注入 了一剂兴奋剂，我们更对以后的实践学习充满了信心