數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)交通燈控制器

1、西安郵電學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 交通燈控制器學(xué)院名稱：計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)生姓名：張曉潔（07）專業(yè)名稱：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班 級(jí)： 計(jì)科0803實(shí)習(xí)時(shí)間：2010年12月6日 2010年12月17日一、 課程設(shè)計(jì)題目： 交通燈控制器二、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求： 1在十字路口的兩個(gè)方向上各設(shè)一組紅黃綠燈，顯示順序?yàn)槠渲幸环较蚴蔷G燈、黃燈、紅燈；另一方向是紅燈、綠燈、黃燈。 2設(shè)置一組數(shù)碼管，以倒計(jì)時(shí)的方式顯示允許通行或禁止通行時(shí)間，其中一個(gè)方向上綠燈亮的時(shí)間是20s，另一個(gè)方向上綠燈亮的時(shí)間是30s，黃燈亮的的時(shí)間都是5s。 3選做：當(dāng)任何一個(gè)方向出現(xiàn)特殊情況，按下手動(dòng)開(kāi)關(guān)，其中一個(gè)方向常通行，倒計(jì)時(shí)停止

2、。當(dāng)特殊情況結(jié)束后，按下自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，恢復(fù)正常狀態(tài)。 4. 選做：用兩組數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)雙向倒計(jì)時(shí)顯示 三、 總體方案及單元電路設(shè)計(jì)： 從功能上，交通燈控制系統(tǒng)可以劃分為四個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，分別為時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊、計(jì)時(shí)模塊、顯示模塊。 所需器件：面包版1個(gè)、芯片555 1個(gè)、74ls74 1個(gè)、74ls08 1個(gè)、74ls00 1個(gè)、74ls163 1個(gè)、74ls04 2個(gè)、74ls48 2個(gè)、4.7k電阻1個(gè)、150k電阻1個(gè)、0.01f電容1個(gè)、4.7f電容1個(gè)、100電阻4個(gè)、二極管6個(gè)。 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本框圖：時(shí)基電路20秒倒計(jì)時(shí)5秒倒計(jì)時(shí)30秒倒計(jì)時(shí)主控電路譯碼電路綠

3、黃 紅(主)綠 黃 紅(支) 交通燈控制系統(tǒng)的四個(gè)功能模塊： 1.時(shí)鐘產(chǎn)生模塊：負(fù)責(zé)產(chǎn)生頻率為1hz的穩(wěn)定秒脈沖信號(hào)，確保整個(gè)電路裝置同步工作和實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制，為計(jì)時(shí)模塊提供計(jì)數(shù)脈沖。通過(guò)555芯片按一定的線路接上不同的電阻和電容就可產(chǎn)生周期不同的方波脈沖，即不同的頻率脈沖。課程設(shè)計(jì)需要秒脈沖，利用的2個(gè)電容（0.01f和4.7f）和2個(gè)電阻（150k和4.7k）。其中，芯片555的管腳out接兩個(gè)74ls161的管腳2。 2.狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊：控制兩個(gè)方向上的信號(hào)燈狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。用一片雙上升沿d觸發(fā)器74ls74來(lái)控制這四個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下： q2（現(xiàn)態(tài)） q1（現(xiàn)態(tài)） q2（次態(tài)） q1（次態(tài)

4、） 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 設(shè)q2與q1為a和b。則q2與q1的現(xiàn)態(tài)可表示為： ， 將5標(biāo)b,9標(biāo)a,記為ab, 由可以得到四種狀態(tài)，分別是綠紅，黃紅，紅綠，紅黃。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊的電路圖如下： 3.計(jì)時(shí)模塊：負(fù)責(zé)完成十字路口主、支干道四種通行狀態(tài)的計(jì)時(shí)，分別為：狀態(tài)主干道支干道維持時(shí)間狀態(tài)s1綠紅30秒狀態(tài)s2黃紅5秒狀態(tài)s3紅綠20秒狀態(tài)s4紅黃5秒 計(jì)時(shí)模塊由兩部分組成，分別為計(jì)時(shí)單元和置數(shù)單元。計(jì)時(shí)單元以時(shí)鐘產(chǎn)生模塊提供的秒脈沖信號(hào)為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)時(shí)，其輸出信號(hào)有三路，第一路輸出信號(hào)送往顯示電路，驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)時(shí)間；第二路輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)

5、送往狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊，作為狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊的輸入脈沖cp；第三路輸出信號(hào)作為鎖存信號(hào)，送往信號(hào)燈顯示單元的鎖存電路，以確保信號(hào)燈狀態(tài)的穩(wěn)定切換。置數(shù)單元根據(jù)當(dāng)前所處的狀態(tài)，為計(jì)時(shí)單元提供對(duì)應(yīng)的置數(shù)信號(hào)，作為開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)的原始時(shí)間。 計(jì)時(shí)單元： 計(jì)時(shí)單元主要由兩片集成同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls161構(gòu)成，利用反饋置數(shù)法完成固定模值的計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)狀態(tài)達(dá)到11111111時(shí)，rco1和rco0同時(shí)由0變?yōu)?，此時(shí)可以取二者的與非作為反饋電路置數(shù)信號(hào)進(jìn)行置數(shù)，將d7d0端的數(shù)據(jù)置入到芯片中。 在二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls161的置數(shù)端用q2、q1控制。兩個(gè)74ls161芯片，一個(gè)表示個(gè)位，一個(gè)表示十位，并在最后其輸出端

6、的輸出加上非門(mén)，使其實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)。74ls161是用來(lái)計(jì)數(shù)的，它的輸出q3,q2,q1,q0可加到1111。則當(dāng)為模30時(shí)，高位161得到的是d3,d2,d1,d0為1101，低位161得到的是d3,d2,d1,d0為0110；當(dāng)為模20時(shí)，高位的161得到的是d3,d2,d1,d0為1110，低位的161得到的d3,d2,d1,d0為0110；當(dāng)為模5時(shí)，高位的161芯片得到的是d3,d2,d1,d0為1111，低位的161芯片得到的是d3,d2,d1,d0為1011。而實(shí)現(xiàn)161芯片的高低，是通過(guò)控制高位的置數(shù)端，即用兩個(gè)161的輸出端co的與非，并且低位的161的co還控制高位的ctt

7、和ctp，清零端應(yīng)置為1（不需要清零）。 改變輸出端q3,q2,q1,q0的值，即取非，雖然全加器得到是加，但可實(shí)現(xiàn)顯相管顯示倒計(jì)時(shí)。其中令1表示燈亮，而0表示燈滅那么就可以用真值表來(lái)表示。上面控制部分得到得ab，利用以下真值表 狀態(tài) 主 支 高位 低位 a b d3 d2 d1 d0 d3 d2 d1 d0 s1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 s2 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 s3 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 s4 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 以上得到分別表示30秒，5秒，20秒，5秒，即 綠紅，黃紅，紅綠，紅黃四種情況。 計(jì)數(shù)單元的電路圖如下：

8、 置數(shù)單元： 74ls161計(jì)數(shù)器是采用加法計(jì)數(shù)，要想倒計(jì)時(shí)，則在74ls161輸出的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)非門(mén)處理后才能接入數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)74ls48（非門(mén)所用芯片為74ls04）。兩個(gè)74ls48芯片的915管腳分別接兩個(gè)數(shù)碼管。 置數(shù)單元的電路圖如下： 4.顯示模塊：主要器件包括兩組信號(hào)燈，兩個(gè)數(shù)碼管，以及數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片74ls48（適用于共陰極數(shù)碼管）和d觸發(fā)器74ls74。按照功能可以分為兩個(gè)單元：信號(hào)燈顯示單元、數(shù)碼管顯示單元。注意：兩組紅綠黃信號(hào)燈必須按圖中的接，顏色順序不可改變。為保護(hù)器件，每個(gè)數(shù)碼管需接2個(gè)100電阻。 信號(hào)燈顯示單元 數(shù)碼管顯示單元四、 總體電路圖：5、 主要電路波形圖

9、：6、 電路組裝、調(diào)試過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題及解決的方法： 1.時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路連接后不知其是否正常工作。 把萬(wàn)用表調(diào)到20v電壓檔，萬(wàn)用表負(fù)極接地，正極接555定時(shí)器“3”針腳，芯片通電后，看電壓變化是否變化明顯，大概在4.7v左右和0.3v左右兩個(gè)數(shù)字變化。 2.狀態(tài)產(chǎn)生電路工作不正常 首先檢查芯片供電是否正常，其次檢查是否有脈沖信號(hào)輸入，然后檢查級(jí)聯(lián)是否正確，用低位片的進(jìn)位端“rco”接高位片的“ent”“enp”端，每個(gè)芯片的進(jìn)位端“rco”取反后接各自置入端“l(fā)oad”，檢查置入的數(shù)字是否正確，最后用萬(wàn)用表檢查輸出端電壓是否有明顯變化。 3.數(shù)碼管不能正常顯示 首先檢查譯碼芯片74ls48

10、是否接線正常，然后檢查各針腳對(duì)應(yīng)輸出是否正確，最后檢查數(shù)碼管接線是否正確。 4.數(shù)碼管七段中某些段不亮 檢查接線是否正確，對(duì)應(yīng)針腳電壓是否變化七、分析和總結(jié)： 分析：通過(guò)這兩周的實(shí)習(xí)，我覺(jué)得數(shù)字電路設(shè)計(jì)不僅需要深厚的知識(shí)功底還需要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。只有對(duì)芯片等器件的功能、管腳接法有很好的了解之后才能去選擇正確的器件設(shè)計(jì)電路。電路的設(shè)計(jì)不單單要正確，而且得最簡(jiǎn)單，所謂最簡(jiǎn)單不是說(shuō)要每個(gè)器件都要最簡(jiǎn)單，如果那樣只需用門(mén)電路就可以設(shè)計(jì)了，我們要的是對(duì)整體電路來(lái)講是最簡(jiǎn)的，盡量在功能齊全的前提下減少所用器件（芯片）的數(shù)量。另外對(duì)于電路本身存在一個(gè)安全穩(wěn)定性問(wèn)題,在面包板上接線時(shí)，盡量用一根導(dǎo)線將輸出

11、和輸入兩端接通（導(dǎo)線中間每斷一次都是電路的一個(gè)安全隱患）。在電路設(shè)計(jì)方案沒(méi)有問(wèn)題的情況下在面包板上進(jìn)行接線，接線必須認(rèn)真仔細(xì)，一個(gè)管腳線接錯(cuò)就會(huì)導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤。應(yīng)該注意的是，在接好一個(gè)模塊后通電檢測(cè)，有問(wèn)題就檢查修改電路，直到這一模塊正常再對(duì)下一個(gè)模塊接線，這樣可以大大提高效率，不至于在全部完成后出現(xiàn)錯(cuò)誤卻很難找到問(wèn)題出現(xiàn)在哪。線路全部連玩后，進(jìn)行電路調(diào)試。結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能原因有很多，如：設(shè)計(jì)本身存在問(wèn)題、接線問(wèn)題、接觸問(wèn)題、所用器件問(wèn)題等，需要一一排查。我在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)紅綠燈狀態(tài)與時(shí)間顯示的狀態(tài)錯(cuò)位，經(jīng)過(guò)調(diào)試，原來(lái)我是將兩片74161的與接到主控電路觸發(fā)器的時(shí)鐘上，當(dāng)需改變系統(tǒng)狀態(tài)時(shí)，兩與

12、為1，出現(xiàn)一個(gè)上升沿，而觸發(fā)器卻是下降沿觸發(fā)，所以紅綠燈提前一個(gè)狀態(tài)，當(dāng)把兩的與非接入觸發(fā)器的時(shí)候，系統(tǒng)正常。在調(diào)試過(guò)程中，我們應(yīng)該學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、排查出現(xiàn)問(wèn)題的原因，然后再去尋求解決的辦法。 總結(jié)：通過(guò)本次實(shí)習(xí)，學(xué)習(xí)到的不僅是數(shù)字電路設(shè)計(jì)的知識(shí)，更重要的是掌握發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題的方法，同時(shí)也深刻體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作精神，與老師、同學(xué)相互討論解決問(wèn)題不僅提高了效率而且學(xué)到了其他同學(xué)看問(wèn)題的角度，在此要感謝實(shí)驗(yàn)過(guò)程中給過(guò)我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)！八、參考文獻(xiàn)數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì) 高等教育出版社 王毓銀編 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)指南 九、過(guò)程考核表和成績(jī)鑒表西安郵電學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 過(guò)程考核表學(xué)生姓

13、名 張曉潔班級(jí)/學(xué)號(hào)計(jì)科0803/04081077(07)承擔(dān)任務(wù)實(shí)驗(yàn)室（單位）電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)部所在部門(mén)電子工程學(xué)院實(shí)施時(shí)間2010年12月6日 2010年12月17日具體內(nèi)容第一周周一：聽(tīng)老師講授數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法及需要注意的問(wèn)題；周二：選定題目，并設(shè)計(jì)電路，完成電路設(shè)計(jì)；周三：電路仿真；周四：領(lǐng)取元器件，開(kāi)始組裝電路；周五：組裝電路；第二周周一：組裝電路；周二：老師驗(yàn)收電路；周三：寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告；周四：寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告；周五：實(shí)驗(yàn)總結(jié)；指導(dǎo)教師（師傅）姓名趙寧職務(wù)或職稱講師指導(dǎo)教師（師傅）對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)態(tài)度 認(rèn)真 一般 不認(rèn)真學(xué)習(xí)紀(jì)律 全勤 偶爾缺勤 經(jīng)常缺勤實(shí)踐能力 很強(qiáng) 一般 較差指導(dǎo)教師（師傅）對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)或社會(huì)實(shí)踐能力等情況的意見(jiàn)指導(dǎo)教師（師傅）簽字 年 月 日 西安郵電學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 成績(jī)鑒定表學(xué)生姓名張曉潔班級(jí)/學(xué)號(hào)計(jì)科0803/04081077(07)進(jìn)行時(shí)間2010 年 12