數(shù)子電路課程設(shè)計(jì)

1、西安郵電學(xué)院電子設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)交通燈控制器學(xué)院名稱(chēng)：電子工程學(xué)院學(xué)生姓名：鄭新磊專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：光電信息工程班 級(jí)：光電0901班實(shí)習(xí)時(shí)間：2011年12月16日 2011年12月27日一、任務(wù)要求：為了確保十字路口的車(chē)輛順利暢通地行駛，往往都采用自動(dòng)控制的交通信號(hào)燈來(lái)進(jìn)行指揮。其中紅燈（R）亮，表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車(chē)；綠燈（G）亮表示允許通行。 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通信號(hào)燈控制器，其要求如下：控制器狀態(tài)S0控制器狀態(tài)S1控制器狀態(tài)S2控制器狀態(tài)S3次干道紅燈亮主干道綠燈亮次干道紅燈亮主干道黃燈亮定時(shí)30定時(shí)5秒定時(shí)20秒定時(shí)5秒次干道綠燈亮次干道黃燈亮主干道紅燈亮主干道紅燈亮1.設(shè)次

2、干道的紅、黃、綠燈分別為r，y，g；主干道的紅、黃、綠燈分別為R，Y，G，滿足圖1 的工作流程并且可以并行工作：g（R）r（G），黃燈用于閃爍提示綠燈變?yōu)榧t燈。圖1：時(shí)序工作流程2.滿足兩個(gè)方向的工作時(shí)序：主干道紅燈亮的時(shí)間應(yīng)等于次干道黃、綠燈亮的時(shí)間之和；次干道紅燈亮的時(shí)間應(yīng)等于主干道黃、綠燈亮的時(shí)間之和。其中主干道，綠燈亮30秒，紅燈亮20秒，黃燈5秒；次干道，綠燈20秒，紅燈30秒，黃燈5秒。3.十字路口要有數(shù)字顯示裝置，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間。具體要求為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置計(jì)數(shù)器為某一個(gè)數(shù)值，然后以每秒減1的計(jì)數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次

3、工作循環(huán)結(jié)束，進(jìn)入另一個(gè)方向的工作循環(huán)。例如：當(dāng)次干道從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時(shí)，置主干道數(shù)字顯示為19，并使數(shù)顯計(jì)數(shù)器開(kāi)始減“1”計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時(shí)，數(shù)碼管顯示的數(shù)值應(yīng)為4，當(dāng)減法計(jì)數(shù)到“0”時(shí)，黃燈滅，而次干道的紅燈亮；同時(shí)，使得主干道的綠燈亮，并置主干道的數(shù)碼管的顯示為29。二、總體方案：1分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫(huà)出其框圖交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。它主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器

4、的工作。圖中： TL: 表示主干道或支干道綠燈亮的時(shí)間間隔，即車(chē)輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=0。TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0。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(kāi)始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。圖2 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖 2分析系統(tǒng)的狀態(tài)變化，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：（1）主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上的車(chē)輛允許通行，支干道禁止通行。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）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛

5、繼續(xù)通行，支干道禁止通行。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）主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上的車(chē)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）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)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，則控制

6、器的工作狀態(tài)及功能如表1所示，控制器應(yīng)送出主、支干道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。如下：控制狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車(chē)道運(yùn)行狀態(tài)S0（00）主綠，支紅主干道通行，支干道禁止通行S1（01）主黃，支紅主干道緩行，支干道禁止通行S3（11）主紅，支綠主干道禁止通行，支干道通行S2（10）主紅，支黃主干道禁止通行，支干道緩行三、單元電路設(shè)計(jì)1.秒脈沖信號(hào)發(fā)生器 產(chǎn)生穩(wěn)定的“秒”脈沖（f =1Hz）,確保整個(gè)電路裝置同步工作和實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制。由1個(gè)555定時(shí)器，1個(gè)103電容，1個(gè)4.7 uF電容，1個(gè)5.1k電阻和1個(gè)150k電阻。其電路圖如圖所示：2計(jì)時(shí)器：根據(jù)設(shè)計(jì)，主干道綠燈顯示30秒，黃燈顯示5秒，支干道綠燈顯

7、示20秒，黃燈顯示5秒。序號(hào)狀態(tài)U2 U1 U2 U1時(shí)間序號(hào)東西南北D3C2B1A0 d3c2b1a0D3C2B1A0 d3c2b1a0綠黃紅綠 黃紅 01001101 0110 0010 100129100001021101 01110010 1000 28100001031101 10000010 0111 27100001041101 10010010 011026100001051101 10100010 010125100001 : : : : : :111110 01100001 100119100001121110 01110001 100018100001 : : : : :

8、 : : : : : :211111 0110 0000 100109100001221111 0111 0000 100008100001 : : : : :27 1111 1100 0000 00110310000128 1111 1101 0000 001002100001291111 11100000 00010110000130 1111 1111 0000 00000010000131011111 1011 0000 010004010001321111 11000000 0011 03010001331111 11010000 0010 0201000134 1111 11100

9、000 000101010001351111 11110000 0000000 1000136111110 0110 0001 100119001100371110 0111 0001 100018001100 : : : : :46 1111 0110 0000 100109001100 : : : : : : :531111 11010000 00100200110054 1111 1110 0000 00010100110055 1111 1111 0000 0000 00 0 011005610 1111 1011 0000 01000400101057 1111 1100 0000

10、00110300101058 1111 1101 0000 00100200101059 1111 1110 0000 00010100101060 1111 1111 0000 000000001010主、支干道信號(hào)一次循環(huán)需要60個(gè)信號(hào)，所以用2個(gè)74LS161級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，所以如圖所示：3.狀態(tài)控制電路：用74LS161實(shí)現(xiàn)，由于74LS161的輸出端按00011011一直循環(huán)下去，所以可以利用Q0、Q1作為狀態(tài)輸出端。如圖所示：4. 紅綠燈（發(fā)光二極管）顯示電路紅綠燈顯示也是表示電路所處狀態(tài)，其必然與主控電路的狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)，受到主控電路控制，即主控電路的輸出（A和B）決定了主干道和支干

11、道的紅綠燈的亮滅情況。如亮用1表示，滅用0表示，則有，AB主紅(R)主黃(Y)主綠(G)支紅(r)支黃(y)支綠(g)00001100010101001010000111100010我們可以用門(mén)電路實(shí)現(xiàn)(如與門(mén),與非門(mén),非門(mén)等)但是這些電路不穩(wěn)定,容易出現(xiàn)錯(cuò)誤,如果能夠用中規(guī)模器件的話,我們盡量用中規(guī)模器件來(lái)實(shí)現(xiàn),因?yàn)橹幸?guī)模器件不僅較小規(guī)模器件穩(wěn)定,而且接線也教小規(guī)模器件簡(jiǎn)單.電路如圖所示：四、總體電路圖：主要芯片數(shù)量/個(gè)其他器材數(shù)量/個(gè)74LS1612數(shù)碼管274LS482二極管674LS042限流電阻274LS0014.7uF電容174LS0810.01uF電容1555定時(shí)器1150k電阻

12、174LS7415.1k電阻1五、各單元電路波形圖：六、調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題：1、第一次畫(huà)好電路圖連接電路時(shí)，沒(méi)注意到面包板的線路是否連通，結(jié)果接完一個(gè)分支電路卻實(shí)現(xiàn)不了功能，后來(lái)先查發(fā)現(xiàn)面包板有一處不連通，問(wèn)題解決。而后面我也每完成一個(gè)分支電路都要用萬(wàn)用表測(cè)試一下該單元電路的連通性和正確性，以避免同樣的錯(cuò)誤再次發(fā)生。2、第一次接好電路由于沒(méi)能結(jié)合面包板的連通性，致使最終所的的電路模型相當(dāng)?shù)碾s亂，而且出現(xiàn)了幾處錯(cuò)誤都不好檢查。后來(lái)我拆了重連，這次由于有了上次的經(jīng)驗(yàn)，使得電路的布局大大簡(jiǎn)化，而且還精簡(jiǎn)了原電路圖，使用的芯片更少，功能更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單了，檢查電路也方便的多了。3、由于是在一小塊面包板上完

13、成一個(gè)集成電路，所以電路的連線比較繁瑣，接線的時(shí)候要特別注意芯片的管腳，同時(shí)注意一下芯片是否插緊，導(dǎo)線是否松弛等等。4、實(shí)驗(yàn)中還遇到了其他的一些問(wèn)題，但最后都在老師和同學(xué)的幫助下得到了完美的解決。七、總結(jié)兩周的電路實(shí)習(xí)，留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。不能只圖速度不求質(zhì)量。做好一個(gè)，模塊就檢查一個(gè)模塊，而不是只顧連線卻不進(jìn)行檢查。起初的時(shí)候先連接的是脈沖電路和數(shù)碼管，我做的還不錯(cuò)。但是后來(lái)因?yàn)樾募币幌伦尤歼B接好之后才進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果查錯(cuò)誤的時(shí)候很麻煩，最后只好拆掉電路重新進(jìn)行連接。這次電路實(shí)習(xí)，不但讓我體會(huì)到設(shè)計(jì)成功時(shí)的喜悅，而且，從設(shè)計(jì)到電路連接都讓我受

14、益匪淺，不僅通過(guò)實(shí)踐鞏固了課本上的知識(shí)，而且在實(shí)際運(yùn)用中活學(xué)活用，擴(kuò)大了知識(shí)面，了解了更多的芯片。通過(guò)實(shí)習(xí)，我懂得如何合理的做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以及做電路設(shè)計(jì)時(shí)的一些好習(xí)慣。設(shè)計(jì)電路的時(shí)候發(fā)現(xiàn)理論知識(shí)是很重要的，它可以去指導(dǎo)實(shí)踐。由于面包板的不完美，一些地方插上芯片卻達(dá)不到預(yù)期的效果，這種情況下就要求我們不停地通過(guò)萬(wàn)用表檢查電路的通斷，不停地測(cè)試各個(gè)模塊的功能是否正確，然后再把所有模塊連接起來(lái)，這樣做可以極大限度地提高效率。當(dāng)然，和老師同學(xué)的交流也是必不可少的。同時(shí)這次電路設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，使得我對(duì)數(shù)字電路更感興趣，并且，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，積極去查閱資料，不僅學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考，而且學(xué)會(huì)了在遇到困難的時(shí)候不慌忙，不

15、亂陣腳，仔細(xì)查找問(wèn)題。更好的提高了自己的動(dòng)手能力，還主動(dòng)幫助同學(xué)查找問(wèn)題。雖然這次設(shè)計(jì)遇到了很多麻煩，包括設(shè)計(jì)因素和客觀因素，但能解決這些麻煩提前完成設(shè)計(jì)，感到自己的努力還是收到了回報(bào)。八、參考文獻(xiàn)：1、數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（脈沖與數(shù)字電路 第三版） 王疏銀 主編 高等教育出版社 2、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) （西安郵電學(xué)院電子與信息工程系） 張亞婷 王利 楊樂(lè) 周麗娟 郭華編3、高級(jí)邏輯器件與設(shè)計(jì).第一版.齊懷印、盧錦編著.北京：電子工業(yè)出版社，1996年西安郵電學(xué)院 電子設(shè)計(jì) 成績(jī)鑒定表學(xué)生姓名鄭新磊班級(jí)/學(xué)號(hào)光電0901班/05094007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2011年 12 月16日 2011年 12月27日具體內(nèi)容第一周講授數(shù)字電路的設(shè)計(jì)