交通信號燈可動控制器課程設(shè)計

..數(shù)字電路課程設(shè)計報告論文題目交通信號燈可動控制器學(xué)生專業(yè)班級學(xué)生姓名〔學(xué)號設(shè)計小組其他同學(xué)姓名〔學(xué)號指導(dǎo)教師完成時間2012.12.02實習(xí)地點20XX12月02日交通信號燈可動控制器目錄TOC\o"1-3"\h\u14320一、課程設(shè)計目的及任務(wù)1153601．課程設(shè)計目的1198902．課程設(shè)計任務(wù)1273753．技術(shù)要求115727二、提出方案1237721、設(shè)計任務(wù)分析本實驗的知識點為159192、設(shè)計方案論證132013三、具體實現(xiàn)過程327481、秒脈沖發(fā)生器3327482、狀態(tài)譯碼器4213493、遞減計時系統(tǒng)5225444、狀態(tài)控制器624530四、電路總圖812253五、實驗心的8六、參考文獻………...10一、課程設(shè)計目的及任務(wù)課程設(shè)計目的：1、鞏固和加強《數(shù)字電子技術(shù)》課程的理論知識。2、掌握電子電路的一般設(shè)計方法,了解電子產(chǎn)品研制開發(fā)過程。3、掌握電子電路安裝和調(diào)試的方法及其故障排除方法,學(xué)會用EWB路仿真。4、通過查閱手冊和文獻資料,培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力。鞏固所學(xué)知識,加強綜合能力,提高實驗技能,啟發(fā)創(chuàng)新能力的效果5、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。讓學(xué)生通過動手動腦解決實際問題,鞏固課程中所學(xué)的理論知識和實驗技能。課程設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個交通燈控制電路,實現(xiàn)對城市十字路口的交通燈控制。技術(shù)要求為：1、東西方向綠燈<EWG>亮70s,南北方向紅燈亮<NSR>亮;2、東西方向黃燈<EWY>亮5s,南北方向紅燈亮<NSR>亮;3、南北方向綠燈<NSG>亮70s,東西方向紅燈亮EWR>亮4、南北方向黃燈<NSY>亮5s,東西方向紅燈亮<EWR>亮二、提出方案1、設(shè)計任務(wù)分析本實驗的知識點為：任意進制數(shù)加減計數(shù)器設(shè)計,觸發(fā)器,555定時電路的工作原理以及基本控制邏輯電路的設(shè)計方法,參數(shù)計算和檢測調(diào)試?！?秒振蕩電路應(yīng)能輸出頻率分別為為1H幅度為5V的時鐘脈沖,為提高精度,可用555設(shè)計一個輸出頻率為1Hz的多諧振蕩器?！?計數(shù)器電路應(yīng)具有75秒倒計時功能,可以通過2片74LS190級聯(lián)來實現(xiàn)?！?各個方向的倒計時顯示可共用一套譯碼顯示電路,只要用2個4輸入的BCD_HEX數(shù)碼管接74LS190的輸出即可實現(xiàn)。〔4主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動用各種門電路和JK觸發(fā)器組成,應(yīng)能實現(xiàn)計時電路的轉(zhuǎn)換、各方向信號燈的控制。2、設(shè)計方案論證：1．系統(tǒng)工作流程圖根據(jù)設(shè)計要求,各信號燈工作順序流程如圖2,信號燈四種不同狀態(tài)分別用S0〔主干道綠燈亮,支干道紅燈亮,S1<主干道黃燈亮,支干道還是紅燈>,S2〔主干道紅燈亮,支干道綠燈亮,S3〔主干道還紅燈亮,支干道黃燈亮表示,其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖1-2所示。：東西向紅燈亮,南北向黃燈亮5秒東西向紅燈亮,南北向黃燈亮5秒東西向紅燈亮,南北向綠燈亮70秒東西向黃燈亮秒,南北向紅燈亮5秒東西向綠燈亮,南北向紅燈亮70秒圖1-1系統(tǒng)工作流程S0=11S1=01S3=00SS0=11S1=01S3=00S2=10圖1-2系統(tǒng)工作流程2．系統(tǒng)硬件框圖硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：圖1－2

硬件結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)上述流程圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,我們可以用一個兩位十進制計數(shù)器實現(xiàn),通過譯碼器與顯示電路相連。由于Multisim帶有不需要譯碼的4輸入DCD_HEX數(shù)碼管,為了簡便,在仿真電路中直接使用DCD_HEX數(shù)碼管,沒有使用譯碼電路。三、具體實現(xiàn)過程1>秒脈沖發(fā)生器秒振蕩電路可由555多諧振蕩器構(gòu)成,參數(shù)計算如下：取C2=10F,要得到1HZ的方波信號,低電平時間T2=0.5S,高電平時間T1=0.5S由〔R1+2R2C*0.69=T,T1=<R1+R2>*C*0.69,T2=R2*0.69*C,得：R2=72.4k,R1=0,在仿真時,為了便于觀察,可以縮短周期,這里取R2=724,R1=1得到的近似為1HZ的方波。得到的1HZ的方波的作用：為黃燈提供一個脈沖,當(dāng)黃燈亮?xí)r能夠產(chǎn)生周期為1S的閃爍效果。為74190N計數(shù)器〔數(shù)碼管個位CLX端口提供一個遞減時間間隔為1S的脈沖。2>狀態(tài)譯碼器電路圖如下：該電路中兩個JK觸發(fā)器的工作原理：當(dāng)觸發(fā)信號傳過來時,為1時保持,當(dāng)傳過來時是一個下降沿,取反。U3,U4,U5,U6,U7,U8來實現(xiàn)6盞燈的亮滅,6盞燈控函數(shù)真值表如下：

由真值表得燈控函數(shù)邏輯表達式R=NOT,Y=ANDNOT,G=ANDr=,y=NOTANDNOT,g=ANDNOTY和y的控制信號在輸入之前與時鐘信號進行一下與操作,從而實現(xiàn)了黃燈閃爍的效果。3>遞減計時系統(tǒng)計數(shù)器選用集成電路74190較簡便。74190是十進制同步可逆計數(shù)器,它具有異步并行置數(shù)功能、保持功能。74190沒有專用的清零輸入端,但可以借助QA、QB、QC、QD的輸出數(shù)據(jù)間接實現(xiàn)清零功能。74190功能表如下表所示：信號燈遞減計數(shù)器電路圖選用兩片74190時間控制可逆計數(shù)器,兩片計數(shù)器之間采用異步級連方式,利用個位計數(shù)器的借位輸出脈沖直接作為十進制計數(shù)器的計數(shù)脈沖,個位計數(shù)器輸入秒脈沖作為計數(shù)脈沖。當(dāng)個位74190的CLK接受來秒脈沖發(fā)生器的脈沖輸出時,個位74190的置數(shù)并開始減法計數(shù)和控制信號燈的狀態(tài)。當(dāng)個位減法計數(shù)器出現(xiàn)借位時就會給clk十位74190一個脈沖,十位74190就減一,兩個減法計數(shù)器的計數(shù)值譯碼后實時顯示在數(shù)碼管上。兩個譯碼器通過控制電路控制JK觸發(fā)器的脈沖輸入端在四種狀態(tài)間循環(huán),并通過狀態(tài)譯碼電路實時控制主干道和支干道的紅綠燈變換,實現(xiàn)電路的功能要求。兩個減法計數(shù)器同時減到0時,用一組或門電路和秒脈沖控制使兩個計數(shù)器重新置數(shù)〔十位置7,個位置5,從而控制電路的狀態(tài)循環(huán),及交通燈的循環(huán)。該部分電路使用來判斷數(shù)碼管個位是不是5,從而整個電路當(dāng)為05時,使〔2產(chǎn)生一個下降沿。4>狀態(tài)控制器相關(guān)波形如下圖所示：由流程圖可見,系統(tǒng)有4種不同的工作狀態(tài),狀態(tài)編碼分別為11、10、01、00,狀態(tài)編碼為兩個下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器74LS112的輸出：〔2和〔1。

當(dāng)為11時,東西方向綠燈亮,南北方向紅燈亮。當(dāng)為10時,東西方向黃燈閃,南北方向紅燈亮。當(dāng)為01時,東西方向紅燈亮,南北方向綠燈亮。當(dāng)為00時,東西方向紅燈亮,南北方向黃燈閃。JK觸發(fā)器由〔1〔2時鐘信號驅(qū)動,會循環(huán)的在這四種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。波形〔1為的時鐘,波形〔2為的時鐘,波形〔方波為555定時器得到的1HZ的時鐘信號。〔1信號的下降沿正好在第75個時鐘處,〔2信號的下降沿第一個在第70個時鐘處,第二個在第75個時鐘處。這部分電路由純粹的組合邏輯電路來實現(xiàn),思路如下：當(dāng)兩片192計數(shù)器的置數(shù)端都有效時〔即輸出為00,的時鐘信號為0,否則為1。設(shè)計組合電路,判斷當(dāng)兩片192的輸出為05〔即倒計時70秒時,輸出為0,否則為1。這樣得到了這樣兩個波形：再把他們進行與操作,便可得到的時鐘信號。和的波形：四、電路總圖〔電路總圖五、實驗心的為期一周的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束,但它給我?guī)淼挠绊憛s遠遠沒有結(jié)束。通過這次課程設(shè)計我學(xué)到了很多平時課本上學(xué)不到的知識,像

用如何使用Multisim軟件以及遇到了問題該怎么處理〔如按照電路圖連接電路并運行。上電以后,由于系統(tǒng)默認仿真時間比較慢,數(shù)碼管顯示更新比較慢,調(diào)整系統(tǒng)仿真時間,在Simulate->InteractiveSimulationSetting中,調(diào)整Maximuntimestep,直到得到比較好的顯示效果。也可以通過成倍的減小555的參數(shù)來調(diào)整時鐘信號,從而得到比較好的顯示效果等。通過這次課程設(shè)計我不僅從理論上了解了電子電路的制作流程還從實踐中加強和鍛煉了我的動手能力,我非常珍惜這次實習(xí)機會,也非常希望以后會有更多的這樣的實習(xí)機會。這次實習(xí)是鞏固和運用《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》中所學(xué)的理論知識和實驗技能,基本掌握常用數(shù)字電路的一般設(shè)計方法,提高設(shè)計能力和動手能力,并在實踐中求得理論知識的鞏固。通過這次交通燈的課程設(shè)計,使我得到了一次用所學(xué)知識、分析和設(shè)計電子電路來解決現(xiàn)實問題的機會。通過實際應(yīng)用以及大量的查閱資料使我對Multisim軟件的使用有了一定的了解,為日后成為一名合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。在設(shè)計過程中,雖然對于理論知識有所了解,但是對于Multisim軟件的使用,以及建立仿真不能得心應(yīng)手,尤其在查錯過程中,常出現(xiàn)選錯參數(shù),節(jié)點連錯等問題。通過這次實習(xí)我在軟件的使用以及仿真過程認識到以下幾點：1．了解電路工作原理的情況下,要熟知各元器件功能,按照電路圖組裝電路,注意正負極,以及元器件的安裝順序。2.連接電路時要選擇正確的電路參數(shù),避免出錯。3.測試電路時,必須要保證連線正確,才能打開電源。4.修改電路,必須先把開關(guān)關(guān)上才能修改電路器件。六、參考書目<按"作者,書名,出版社,出版