基于交通故障报警系统的组合逻辑电路的设计

江 丽，吴轶群

（湖南高速铁路职业技术学院机电系，湖南衡阳，421002）

基于交通故障报警系统的组合逻辑电路的设计

江 丽，吴轶群

（湖南高速铁路职业技术学院机电系，湖南衡阳，421002）

用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。其中，组合逻辑电路是由最基本的逻辑门电路组合而成。文章以交通故障报警系统为例介绍了三种设计方案，以便学生熟悉常见组合逻辑电路的特点及应用。

组合逻辑电路；故障报警；设计方法

0 引言

交通故障报警系统作为智能交通设施，是可靠性监控系统的组成部分，可及时传递故障信息，具有良好的稳定性, 用数字电子技术完成对交通故障报警系统的设计，从而体现数字电路设计的基本原理和方法，本文从组合逻辑电路的不同设计原理，设计了此交通故障报警系统实现的过程。

使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。而使用不同的中小规模集成电路来设计组合电路设计步骤和方法又有区分，文章详细给出了三种不同设计方法来实现这一功能系统。

1 故障报警电路的常规设计方法

1.1采用基本逻辑门电路进行设计

图1 设计组合电路的一般步骤

组合逻辑电路可以有若干个输入变量和若干个输出变量，其每个输出变量是其输入的逻辑函数，其每个时刻的输出变量的状态仅与当时的输入变量的状态有关，与本输出的原来状态及输入的原状态无关。电路没有记忆功能，输出状态随着输入状态的变化而变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。

使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。设计组合电路的一般步骤如图1所示。根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。然后用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式。并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式。 根据简化后的逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路。最后，用实验来验证设计的正确性。

组合逻辑电路的基本设计步骤如下：

（1）定义输入输出变量：定义设有红黄绿A、B、C三盏灯，只亮一盏为正常情况，亮两盏或三盏灯同时亮或三盏灯同时不亮均为故障情况（黄绿两盏灯同时亮为正常情况）。亮灯为1，不亮为0，输出为Y，出现故障为1，正常则为0。

（2）根据逻辑功能列出真值表，如表1所示。

图2 逻辑电路图

图3 设计图

表1 真值表

（3）写出输出逻辑函数表达式

（4）化简逻辑表达式

（5）画出逻辑电路图，如图2所示。

1.2用74LS138译码器进行设计

二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。若利用使能端中的一个输入端输入数据信息，器件就成为一个数据分配器（又称多路分配器），如图3所示。若在S1输入端输入数据信息，S2＝S3＝0，地址码所对应的输出是S1数据信息的反码；若从S2端输入数据信息，令S1＝1、S3＝0，地址码所对应的输出就是S2端数据信息的原码。若数据信息是时钟脉冲，则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。

根据输入地址的不同组合译出唯一地址，故可用作地址译码器。接成多路分配器，可将一个信号源的数据信息传输到不同的地点。

由于n个输入变量的二进制译码器的输出提供了2n个最小项，而任何一个逻辑函数可以变换为最小项之和的标准与-或表达式。因此可利用译码器和门电路来实现组合逻辑电路。

1.3 用74LS151数据选择器进行设计

将逻辑函数转换成最小项表达式：

将不存在的最小项乘以0，存在的最小项乘以1，得到：

即：

2 结论

此交通故障报警系统当只亮一盏为正常情况，无输出报警信号；显示结果为绿灯亮，当两盏或三盏灯同时亮或三盏灯同时不亮均为故障情况（黄绿两盏灯同时亮为正常情况），暑促报警信号，此时红灯亮。用较为简单的数字电路实现了一个具有实际应用背景的交通故障报警系统的设计。

江丽（1982—）讲师，研究生，研究方向：电路与系统。

The design of combinational logic circuits based on the traffic fault alarm system

Jiang Li，Wu Yiqun
（ Hunan Technical College of Railway High-Speed，Hengyang Hunan，421001）

Digital circuits which handling the calculation of values using Arithmetic and logical operations. Can be classified into two classes: combination logic circuit and order part logic circuit. Among them, combination logic circuit consists of the most basic logic circuits. as the traffic fault alarm system for example, This article introduces The three different designs, so that the students could grasp it better for the common feature and application of the combination logic circuit ,

combination logic circuit ; logic voter system