《數(shù)字電路》課程設(shè)計(jì)報(bào)告-交通燈控制電路.doc

2010級(jí)通信工程數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目交通燈控制電路姓名及學(xué)號(hào)學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院專業(yè)通信工程班級(jí)2010級(jí)4班指導(dǎo)教師 2012年11月06日題目：交通燈控制電路一、 設(shè)計(jì)題目及要求（根據(jù)題目填寫）1、設(shè)計(jì)題目利用數(shù)字集成電路和分立元器件設(shè)計(jì)一交通燈控制電路。交通燈系統(tǒng)框圖如下：TL：表示甲車道或乙車道綠燈亮的時(shí)間間隔為25秒，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL1，否則，TL0。TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，TY1，否則，TY0。ST：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。由它控制定時(shí)器開始下一個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。2、設(shè)計(jì)要求（1）基本要求設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒；要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運(yùn)行車道；黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次。指導(dǎo)教師簽名： 2012年 月 日二、 指導(dǎo)教師評(píng)語指導(dǎo)教師簽名： 2012 年 月 日三、成績(jī) 驗(yàn)收蓋章 2012年 月 日14目錄1 設(shè)計(jì)的要求11.1基本要求11.2提高要求12 設(shè)計(jì)任務(wù)13 實(shí)驗(yàn)原理14 電路設(shè)計(jì)34.1電路原理設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖34.2設(shè)計(jì)模塊44.2.1秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)44.2.2定時(shí)器的設(shè)計(jì)44.2.3控制器的設(shè)計(jì)54.2.4譯碼器的設(shè)計(jì)64.3系統(tǒng)電路圖85 電路板的制作及焊接調(diào)試85.1 PCB圖的制作85.2 電路板的制作95.3 電路板的焊接和調(diào)試96 心得體會(huì)107 參考文獻(xiàn)118 鳴謝129 附錄139.1原件清單139.2作品照片14通信工程專業(yè)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)交通燈控制電路設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)的要求1.1基本要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒；（2）要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運(yùn)行車道；（3）黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次。1.2提高要求（1）有急救車優(yōu)先通過功能。當(dāng)有急救車到達(dá)時(shí)，路口的信號(hào)燈全部變紅燈，以便急救車通過，急救車的通行時(shí)間為10秒，急救車過后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)。（2）交通燈在紅、綠燈交替點(diǎn)亮中，用兩個(gè)數(shù)碼管顯示點(diǎn)亮的燈還能持續(xù)的時(shí)間。 2 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求選擇電路形式，畫出原理電路圖；（2）選擇元器件型號(hào)及參數(shù)，并列出器件清單；（3）利用protel99軟件仿真，畫出PCB圖，然后制作電路板；（4）在制作好的電路板上焊接好元器件，并完成好電路的測(cè)試和調(diào)整，使有關(guān)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求；（5）寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。3 實(shí)驗(yàn)原理本次試驗(yàn)課題是利用數(shù)字電路，交通燈的系統(tǒng)框圖如圖1：圖1 交通燈系統(tǒng)框圖TL：表示甲車道或乙車道綠燈亮的時(shí)間間隔為25秒，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL1，否則，TL0。TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，TY1，否則，TY0。ST：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。由它控制定時(shí)器開始下一個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。（1）甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（3）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。 交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示。其邏輯表如表1，其邏輯圖如圖2。表1 控制器邏輯表控制狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)S0（00）甲綠、乙紅甲車道通行，乙車道禁止通行S1（01） 甲黃、乙紅甲車道緩行，乙車道禁止通行S3（11）甲紅、乙綠甲車道禁止通行，乙車道通行S2（10）甲紅，乙黃甲車道禁止通行，乙車道緩行AG=1甲車道綠燈亮甲車道通行BG=1乙車道綠燈亮乙車道通行AY=1甲車道黃燈亮甲車道緩行BY=1乙車道黃燈亮乙車道緩行AR=1甲車道紅燈亮甲車道禁止通行BR=1乙車道紅燈亮乙車道禁止通行圖2 控制器邏輯圖4 電路設(shè)計(jì)4.1電路原理設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖 如圖1所示。4.2設(shè)計(jì)模塊4.2.1秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)如圖3所示：圖3 秒脈沖發(fā)生器4.2.2定時(shí)器的設(shè)計(jì)定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)ST作用下，首先清零，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從零開始進(jìn)行增1計(jì)數(shù)，向控制器提供模25的定時(shí)信號(hào)TL，模5的定時(shí)信號(hào)TY，計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS160進(jìn)行設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。如圖4所示：圖4 定時(shí)器4.2.3控制器的設(shè)計(jì)控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。選用兩個(gè)D觸發(fā)器74LS74做為時(shí)序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態(tài)時(shí)，如果TL 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果TL01，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關(guān)，所以用無關(guān)項(xiàng)X表示。其余情況依次類推，就可以列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST。如表2所示：表2 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實(shí)現(xiàn)每個(gè)D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能。如圖5所示：圖5 控制器4.2.4譯碼器的設(shè)計(jì)譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)，表中A、B代表甲、乙車道。如表3所示：表3 譯碼器輸出狀態(tài)Q1 Q0AG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈 BR紅燈0 01000010 10100011 00011001 1001010模塊圖如圖6所示：圖6 譯碼器由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的周期性變化CLK脈沖，一部分送給了定時(shí)器的74LS163芯片，另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時(shí)加到定時(shí)器74LS163芯片的情況下，通過芯片74LS10將會(huì)輸出TY、TY非,TL、TL非。即TY和TY非放大的結(jié)果是秒脈沖的5倍,TL和TL非放大的結(jié)果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號(hào)是后者的1/5。將定時(shí)器輸出的TY和TY非,TL和TL非分別作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脈沖置于芯片74LS74中會(huì)輸出高低變化的電平。再通過電路中的指示燈和470歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結(jié)果最終通過小燈的正常閃爍來實(shí)現(xiàn)。4.3系統(tǒng)電路圖如圖7所示：圖7 系統(tǒng)電路圖5 電路板的制作及焊接調(diào)試5.1 PCB圖的制作通過protel99se軟件畫出原理圖，然后經(jīng)過ERC進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)無錯(cuò)之后再軟件上自動(dòng)生成PCB圖，然后將生成的原件進(jìn)行布局，最后進(jìn)行手動(dòng)布線鋪銅工作得到PCB圖，如圖8所示：圖8 PCB版圖5.2 電路板的制作 實(shí)際電路板的制作運(yùn)用已經(jīng)布線好的PCB到實(shí)驗(yàn)機(jī)房制作電路板，電路板經(jīng)過了鋸面包板，然后經(jīng)過鉆孔、氧化、打印、高溫附印后，將其放入電解液中腐蝕，等電路部分腐蝕好之后用砂紙?jiān)谒律俺鲢~絲電路，最后用松香防腐蝕。5.3 電路板的焊接和調(diào)試對(duì)做好的PCB電路板進(jìn)行擴(kuò)孔及元器件的安裝，然后就是焊接，焊接要防止虛焊脫焊，還要注意在焊接的時(shí)候跳線的處理，以及焊接過程中焊疤不影響原電路。焊接完成之后進(jìn)行調(diào)試。6 心得體會(huì)此次課程設(shè)計(jì)經(jīng)歷了設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)方案，畫出PCB圖，布局，焊接，調(diào)試，幾個(gè)過程。其中幾乎每一步我們都經(jīng)歷了挫折，曾一度想要放棄這個(gè)實(shí)驗(yàn)，但是最后我們還是堅(jiān)持下來了。曾記得，那幾個(gè)夜晚在實(shí)驗(yàn)室中看著那些圖紙一個(gè)個(gè)想，一個(gè)個(gè)設(shè)計(jì)的樣子，當(dāng)我們的作品做好的那一瞬間，驚喜浮上心間。一種從未有過的成就感出現(xiàn)了。同時(shí)，在此次課程設(shè)計(jì)中，我們對(duì)數(shù)字電路這門課程有了更深入的了解，讓我們不再是紙上談兵，實(shí)際操作跟能發(fā)現(xiàn)并且糾正很多問題。并且掌握了很多工具的使用及電路的基本調(diào)試能力。7 參考文獻(xiàn)1、康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，模擬部分（第五版），高等教育出版社2、74LS160、74LS74、74LS00、555計(jì)時(shí)器等的PDF資料8 鳴謝本課程設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中得到馬耀庭和薛世華老師的悉心指導(dǎo)，為我們指點(diǎn)迷津，并且及時(shí)幫助我們指出并改正設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。老師們一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，教會(huì)了我們對(duì)待一件事情的應(yīng)有的正確的態(tài)度，同時(shí)也讓我們順利的完成了課程設(shè)計(jì)。在此，深深的感謝馬耀庭老師和薛世華老師對(duì)我們的悉心的指導(dǎo)。9 附錄9.1原件清單如表4所示：表4 原件清單序號(hào)參數(shù)類型封裝J5+5V電源USBC50.1電容RAD0.1C40.1電容RAD0.1C20.01u電容RAD0.2R110k電阻AXIAL0.3C110u電解電容RB.1/.2C610u電解電容RB.1/.2C310u電解電容RB.1/.2R847K電阻AXIAL0.3R947K電阻AXIAL0.3U1374LS00DIP14U774LS08DIP14U1274LS10DIP14U1074LS48DIP16U974LS48DIP16U674LS74DIP14U474LS153DIP16U574LS153DIP16U274LS160DIP16U174LS160DIP16R5470電阻AXIAL0.3R6470電阻AXIAL0.3R7470電阻AXIAL0.3R4470電阻AXIAL0.