數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計交通燈邏輯電路設(shè)計

1、揚州大學能源與動力工程學院本科生課程設(shè)計題 目： 交通燈邏輯電路設(shè)計 課 程： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣0802 學 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2010.6.18 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計的目的 本課程是在學完數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)實驗之后，集中一周時間，進行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強的設(shè)計課題的實踐環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的： 1. 使學生進一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識，培養(yǎng)學生工程設(shè)計能力和綜合分析問題、解決問題的能力； 2. 使學生基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高電子電路的設(shè)計和實驗?zāi)芰Γ?/p>

2、 3. 熟悉并學會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計的要求1. 設(shè)計時要綜合考慮實用、經(jīng)濟并滿足性能指標要求；2. 必須獨立完成設(shè)計課題； 3. 合理選用元器件； 4. 按時完成設(shè)計任務(wù)并提交設(shè)計報告。 三、設(shè)計題目及內(nèi)容交通信號燈控制器（1）設(shè)計計時顯示電路(減“1”計數(shù))（2）南北、東西方向綠、黃、紅燈亮時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。黃燈是間歇閃耀 （3）可以手動調(diào)整夜間為黃燈閃耀六 、器件與器材1、 二輸入四與非門 74ls002、 四輸入雙與非門 74ls203、 六倒相器 74ls044、 八輸入與非門 74ls305、 正沿雙d

3、觸發(fā)器 74ls746、 3線-8線譯碼器 74ls1387、 可逆移位寄存器 74ls1948、 同步十進制可逆加、減計數(shù)器 (8421 bcd碼) 74ls1929、同步十進制加法計數(shù)器 74ls16010、振蕩分頻器 cd406011、bcd七段顯示譯碼器 74ls4812、雙四選一數(shù)據(jù)選擇器 74ls15313、八線驅(qū)動器 74ls24414、555定時器 55515、led共陰七段數(shù)碼管 bs20716、石英晶體(4m、2 m、32768 hz)17、微動開關(guān)、撥盤開關(guān)、繼電器、led(紅、綠、藍)、電阻、電容、二極管、三極管、光敏二、三極管、導(dǎo)線等。22、工具(鑷子、剪刀、萬用表、

4、電烙鐵)八、參考文獻1、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”和“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教材；2、有關(guān)“電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書”；3、“集成電路特性應(yīng)用手冊”；1、 eda技術(shù)使用教程2、 其他。九、設(shè)計總結(jié)報告主要內(nèi)容1、 任務(wù)及要求；2、 方案特點；3、 各組成部分及工作原理(應(yīng)結(jié)合框圖寫)；4、 單元電路設(shè)計與調(diào)試；5、 總邏輯圖；6、 總裝配圖；7、 實驗仿真結(jié)果；8、 實驗結(jié)果分析(畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析)；9、 調(diào)試中出現(xiàn)問題的解決；10、改進意見及收獲體會等。目 錄1 設(shè)計任務(wù)及要求.（7）2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案.(9)2.1 總體設(shè)計方案2.2 方案特點3 控制電路設(shè)計.（10） 3.

5、1 控制電路工作原理 3.2 參數(shù)計算3.3 器件選型4 振蕩電路設(shè)計.（11） 4.1 振蕩電路工作原理 4.2 參數(shù)計算4.3 器件選型5 計數(shù)電路設(shè)計.（11） 5.1 計數(shù)電路工作原理 5.2 參數(shù)計算5.3 器件選型6 譯碼顯示電路設(shè)計.（11） 6.1 譯碼顯示電路工作原理 6.2 參數(shù)計算6.3 器件選型7 系統(tǒng)總體電路設(shè)計.（12） 7.1 系統(tǒng)總體電路 7.2 電路說明8 電路調(diào)試.（14） 8.1 振蕩電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析 8.2 計數(shù)電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析 8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析8.4 控制電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析8.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實驗結(jié)果分析9 改進意見

6、及收獲體會.（14）10 器件明細清單.（15）參考文獻.（16）1設(shè)計任務(wù)及要求（1）、設(shè)計計時顯示電路(減“1”計數(shù))（2）、南北、東西方向綠、黃、紅燈亮時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。黃燈是間歇閃耀（3）、可以手動調(diào)整夜間為黃燈閃耀 設(shè)計一個十字路口交通信號燈控制器，其要求如下：1.滿足如圖1.1順序的工作流程圖中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為nsr、nsy、nsg，東西方向的紅、黃、綠燈分別為ewr、ewy、ewg。它們的工作方式，有些必須是并行進行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東

7、西方向黃燈亮。圖1.1 交通燈順序工作流程圖 2. 應(yīng)滿足兩個方向的工作時序：即東西方向亮紅燈時間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向亮紅燈時間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。時序工作流程圖見圖1.2所示。圖1.2中，假設(shè)每個單位時間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。其中紅燈亮的時間為綠燈、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃耀。圖1.2 交通燈時序工作流程圖3. 十字路口要有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當某方向綠燈亮時，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠等交換，一

8、次工作循環(huán)結(jié)束，而進入下一步某方向的工作循環(huán)。例如：當南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時，置南北方向數(shù)字顯示為18，并使數(shù)顯計數(shù)器開始減“1”計數(shù)，當減到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時，數(shù)顯得值應(yīng)為3，當減到“0”時，此時黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)顯為18。4. 可以手動調(diào)整夜間為黃燈閃耀。 2系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.1總體設(shè)計方案控制器的整體結(jié)構(gòu)圖：南北車道信號燈東西車道信號燈譯碼電路時鐘信號置數(shù)器主控制器計時器2.2方案特點狀態(tài)控制器用于記錄十字路口交通燈的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)譯碼器分別點亮相應(yīng)的狀態(tài)信號燈。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生整個定時系統(tǒng)的時基脈沖，通過減法計數(shù)器對

9、秒脈沖減計數(shù)，達到控制每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時間。減法計數(shù)器的回零脈沖使狀態(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時狀態(tài)譯碼器更具下一個工作狀態(tài)決定下一次減法計數(shù)的初始值。減法計數(shù)器的狀態(tài)有bcd譯碼器譯碼，數(shù)碼管顯示。在紅燈期間，狀態(tài)譯碼器將秒脈沖引入黃燈控制電路，使黃燈閃爍。3控制電路設(shè)計3.1控制電路工作原理控制狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)s0（00）南北綠，東西紅南北車道通行，東西車道禁止通行s1（01）南北黃，東西紅南北車道緩行，東西車道禁止通行s3（11）南北紅，東西綠南北車道禁止通行，東西車道通行s2（10）南北紅，東西黃南北車道禁止通行，東西車道緩行控制器應(yīng)送出南北、東西車道紅、黃、綠燈的控制信號

10、。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定：ag=1：南北車道綠燈亮； bg=1：東西車道綠燈亮；ay=1：南北車道黃燈亮； by=1：東西車道黃燈亮；ar=1：南北車道紅燈亮； by=1：東西車道紅燈亮； 由此得到交通燈的asm圖，如圖3.4所示。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為s0（用狀態(tài)框表示s0），當s0的持續(xù)時間小于18秒時，tl=0（用判斷框表示tl），控制器保持s0不變。只有當s0的持續(xù)時間等于18秒時，tl=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號st（用條件輸出框表示st），并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂a(chǎn)sm圖所表達的含義。 圖3.43.3器件選型它由74ls164組成扭

11、環(huán)形計數(shù)器，然后經(jīng)過譯碼器輸出十字路口南北，東西兩個方向的控制信號。其中黃燈信號滿足閃耀，并且在夜間時，是黃燈閃亮，而綠紅燈滅。為了讓黃燈能每s閃亮一次，可以在黃燈那里加入一個與門，把黃燈發(fā)亮的信號當成是與門的開通信號，與門的另一端接入時間脈沖，那么黃燈就可以實現(xiàn)每s閃亮一次的功能了。扭環(huán)形十二進制計數(shù)器的狀態(tài)表t計數(shù)器輸出南北方向東西方向q0q1q2q3q4q5nsgnsynsrewgewyewr000000010000111000001000012110000100001311100010000141111001000015111110010001611111100110070111110

12、011008001111001100900011100110010000011001100根據(jù)狀態(tài)表，不難列出東西方向和南北方向綠，黃，紅燈的邏輯表達式：東西方向 綠燈：ewg=q4q5 黃燈：ewy=q4q5 紅燈：ewr=q5 南北方向： 綠燈：nsg=q4q5 黃燈：nsy=q4q5 紅燈：nsr=q5由于黃燈要求閃爍幾次，所以用基1s和ewy或nsy黃燈信號相與4 振蕩電路設(shè)計4.1振蕩電路工作原理當黃燈（y）或紅燈（r）亮時，則這端為高（h）電平，在cp移位脈沖作用下，而向前移位，高電平“h”從qh一直移到qa（圖中74ls164-1）由于綠燈在紅燈和黃燈位高電平時，它為低電平，所以

13、74ls164-1qa的信號就不能送到74ls164-2移位寄存器的ri端。這樣，就模擬了當黃、紅燈亮時汽車停止的功能。而當綠燈亮，黃、紅燈滅（g=1，r=0，y=0）時，74ls164-1、74ls164-2都能在cp移位脈沖作用下向前移位。這就意味著綠燈亮時汽車向前運行這一功能。4.2參數(shù)計算4.3器件選型74ls745 計數(shù)電路設(shè)計5.1計數(shù)電路工作原理譯碼器的主要任務(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個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表 所示。實現(xiàn)上述關(guān)系的譯碼電路請讀者自行設(shè)計。5.2參數(shù)計算5.3器件選型74ls1686

14、 譯碼顯示電路設(shè)計6.1譯碼顯示電路工作原理當南北方向綠燈亮，而東西方向紅燈亮時，使南北方向的74ls168以減法計數(shù)器方式工作，從數(shù)字“24” 開始往下減，當減到“0”時，南北方向綠燈滅，紅燈亮，而東西方向紅燈滅，綠燈亮。由于東西方向紅燈滅信號（ewr：0）使與門關(guān)斷，減法計數(shù)器工作結(jié)束，而南北方向紅燈亮使另一方向東西方向減法計數(shù)器開始工作。在減法計數(shù)開始之前，由黃燈亮信號使減法計數(shù)器先置入數(shù)據(jù)，圖中接入u/和的信號就是由黃燈亮（為高電平）時，置入數(shù)據(jù)。黃燈滅（y=0）而紅燈亮（r=1）開始減計數(shù)。6.2參數(shù)計算6.3器件選型lc500-117系統(tǒng)總體電路設(shè)計7.1系統(tǒng)總體電路7.2 電路說

15、明秒脈沖發(fā)生器，如下圖：8電路調(diào)試8.1振蕩電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析（內(nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗結(jié)果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）8.2 計數(shù)電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析（內(nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗結(jié)果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析（內(nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗結(jié)果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）8.4 控制電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析（內(nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗結(jié)果的分析，畫出必要的波形，進行測

16、量精度和誤差分析。）8.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實驗結(jié)果分析（內(nèi)容：說明各單元電路聯(lián)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗結(jié)果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）9改進意見及收獲體會一周的電子課程設(shè)計交通燈控制電路系統(tǒng)就這樣結(jié)束了。通過兩周不斷的查找資料的過程讓我積累了很多實際操作經(jīng)驗，我已初步掌握了數(shù)電的應(yīng)用技術(shù)，以及數(shù)字電路的知識和有關(guān)器件的應(yīng)用。我深刻地體會到數(shù)字電子技術(shù)對當代社會發(fā)展的重要作用。 經(jīng)過這次課程設(shè)計，我學到很多東西。社會的不斷發(fā)展電子產(chǎn)品 實踐使我認識到我現(xiàn)在所學的知識還遠遠不夠，在實際操作應(yīng)用中有些問題還不能解決，所以我要在今后的學習中更加努力，學好自己的專業(yè)知識以充

17、實自己，來適應(yīng)日新月異的現(xiàn)代社會。在這次課程設(shè)計中，我學會了如何利用網(wǎng)絡(luò)資源,學會了怎么看電路圖,讀電路圖,這些都使我受益匪淺，并為我以后的學習和工作積累了豐富的經(jīng)驗。通過這次對交通信號燈控制電路的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于交通信號燈的基本原理與設(shè)計理念，要設(shè)計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實際操作才會有深刻理解。對設(shè)計的建議我希望老師在我們動手制作之前應(yīng)先告訴我們一些關(guān)于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關(guān)于檢測芯片的方法。這樣會有助于我們進一步的進入狀態(tài)，完成設(shè)計。10器件明細清單1. 通用實驗