數(shù)字電路課程設計報告(交通燈

1、西安郵電學院數(shù)字電路課程設計報告書交通燈控制器院部名稱：電子和信息學院專業(yè)名稱：光電信息工程班 級：光電0801學生姓名： 陳笛（24）實習時間：2010年12月20日至2010年12月31日注釋：交通燈控制器是可以自動控制交通燈并以倒計時的方式顯示出時間來，方便行人和車輛在通行時有條不紊的通行，達到交通井然有序，出行人員安全快捷的到達目的地的效果。本次實驗的就是想通過這樣的一個實例，來結合數(shù)字電路課程的學習共同實現(xiàn)這樣的一個使用工具，達到理論和實踐相結合的目的。一：課程設計題目：交通燈控制器二：任務和要求：設計一個十字路口控制交通秩序的交通燈，滿足以下條件：1. 顯示順序為其中一組方向是綠、

2、黃、紅；另一方向是紅、綠、黃。2. 設置一組數(shù)碼管以倒計時的方式顯示語序通行或禁止通行時間，其中支通道綠燈的時間是20s，另一個方向上主通道的綠燈亮的時間是30s，黃燈亮的時間都是5s.3. 選做1：當任何一個方向出現(xiàn)特殊情況，按下手動開關，其中一個方向通行，倒計時停止，當特殊情況結束后，按下自動控制開關恢復正常狀態(tài)。4. 選做2：用兩組數(shù)碼管實現(xiàn)雙向倒計時顯示。三：總體方案的選擇：1交通燈控制器功能概述： 交通燈控制器是可以自動控制交通燈，以倒計時的方式顯示時間。交通燈控制器是以七段顯示數(shù)碼管顯示時間，用發(fā)光二極管來模擬交通燈。實現(xiàn)這個交通燈控制器可以采用EPROM編程、RAM編程、可編程邏

3、輯器件、單片機等實現(xiàn)。但是在這次實驗中我們采用基本的數(shù)字芯片和發(fā)光二極管來實現(xiàn)這樣的要求，采用這樣的方式是：提供了這些芯片，也學習了數(shù)字電路的知識，兩者的結合剛好鞏固了我們對理論的加深理解。2.交通燈亮滅和時間的確定（考慮到有四種狀態(tài)，所以采用兩位二進制數(shù)來控制各種狀態(tài)，且二進制數(shù)用D觸發(fā)器產生）：00 東西紅，主通道綠（30s）01 東西紅，主通道黃（5s）10 東西綠，主通道紅（20s）11 東西黃，主通道紅（5s）3.方案的選擇：本實驗采用555電路，74ls161芯片，D觸發(fā)器，24譯碼器和七段顯示數(shù)碼管的相互連接來達到控制二極管發(fā)光和數(shù)碼管的顯示。設計思想是想用161芯片控制數(shù)碼管的

4、顯示，用D觸發(fā)器來控制二極管的發(fā)光。用555電路實現(xiàn)一個時鐘脈沖控制161的工作，考慮到時間和二極管的顯示要同步，因此必須使控制數(shù)碼管時間變換和控制二極管發(fā)光的信號保持一致。也就是說要當數(shù)碼管的時間發(fā)生變化時，二極管也要相應的變化。具體情況的選擇會在后面每個單元電路里說到。4 電路設計方案框圖555產生周期為一秒的時鐘信號提供脈沖 兩片161實現(xiàn)十進制計數(shù)，控制數(shù)碼管倒計時顯示，并為控制器部分提供脈沖控制D觸發(fā)器產生四種狀態(tài)；控制161置入數(shù)據(jù)控制24譯碼器，達到控制二極管的發(fā)光模擬紅綠燈的目的。四單元電路的設計 連接電路為四個模塊：時鐘產生電路由555產生時鐘信號，周期為一秒；計時控制電路使

5、用兩片161級聯(lián)實現(xiàn)計數(shù)功能并實現(xiàn)數(shù)碼管倒數(shù)計時顯示；主控制器部分由D觸發(fā)器產生00，01，10，11四種循環(huán)狀態(tài)進而實現(xiàn)161芯片預置數(shù)的產生 ；顯示部分使用24譯碼器和基本器件實現(xiàn)二極管的亮滅。1 時鐘信號的產生利用555產生時鐘信號。電路圖的連接原理圖如下所示，其中3腳輸出的就是時鐘信號。2. 兩片161級聯(lián)實現(xiàn)計數(shù)功能并實現(xiàn)數(shù)碼管倒數(shù)計時顯示電路（在EWB軟件中無161芯片且此處無需用到清零端，故用163芯片來實現(xiàn)）：3：D觸發(fā)器產生00，01，10，11四種循環(huán)狀態(tài) ：Q1nQ0nQ1n+1Q0n+1主通道支通道0001綠30s紅30s0110黃5s紅5s1011紅30s綠20s11

6、00紅5s黃5s得到驅動方程：D1=Q0非D0=Q1異或Q0。電路如下：424譯碼器和基本器件實現(xiàn)二極管的亮滅：由24線譯碼器工作原理和控制部分D觸發(fā)器輸出和電路功能能要求紅綠燈亮暗關系可連接電路如下：5.各模塊連接關系555是動力，D觸發(fā)器是核心；555電路負責提供一秒的cp脈沖，供給161的工作，而D觸發(fā)器的脈沖由161提供，可以說555為整個電路提供了驅動。D觸發(fā)器組成控制部分，要達到既能控制計數(shù)部分輸入模值，又能提供正確的紅綠燈顯示部分輸入的目的。模塊關系。555時鐘電路僅和計數(shù)部分有關，為兩片161提供同步脈沖；計數(shù)部分的置入模值由D觸發(fā)器和本身僅為信號CO共同控制，同時兩片進位信號

7、為D觸發(fā)器部分提供脈沖；紅綠燈顯示部分僅和控制部分有關，直接接入兩片D觸發(fā)器的輸出。五：總體電路設計（電路經過軟件仿真，顯示輸出結果正確無誤）選做部分以上電路實現(xiàn)了交通燈模擬的基本功能，由于面包板大小限制和首次搭接這種規(guī)模的電路經驗不足，放棄了第二種選做方案，選擇第一種選做方案，并選擇控制主通道實現(xiàn)，即特殊情況出現(xiàn)時，停止倒計時，次通道由任意狀態(tài)變回紅燈狀態(tài)，主干道變回綠燈狀態(tài)。經過考慮，我將控制D觸發(fā)器的清零腳和兩片161的LT非端，正常狀態(tài)下，D觸發(fā)器的清零端接到高位，低位片的LT非端接到本芯片的CO非端，高位片的LT非端接到兩個芯片CO和CO的和非。當出現(xiàn)特殊情況時，D觸發(fā)器的清零腳和兩

8、片161的LT非端直接接至低電位。此時，出現(xiàn)主干道綠燈亮，次干道紅燈亮，數(shù)碼管停止計數(shù)。如將上三個端接到相應的端時（正常情況下），則計數(shù)器正常計數(shù)，數(shù)碼管正常倒計時，紅綠燈正常亮暗。主通道：綠30s；支通道：紅30s主通道：黃5s；支通道：紅5s主通道：紅燈20s；支通道：綠20s主通道：紅5s；支通道：黃5s空箭頭表示正常工作狀態(tài)，黑箭頭表示表示特殊情況時狀態(tài)。該方案雖然實現(xiàn)簡單，但是其不足之處在于每次特殊情況過后，交通燈的工作狀態(tài)就由主通道綠燈，支通道紅燈開始，不能回到原來的狀態(tài)。六電路組裝過程，實測數(shù)據(jù)波形：電路按照模塊化搭接1首先搭接驅動部分555電路，搭接完成后，測量555的3管腳輸

9、出電壓是高低變化的，周期1s左右，即為正確；2然后搭接控制器部分，搭接完成后，在兩輸出端接發(fā)光二極管和保護電阻，由555電路提供時鐘信號，觀察兩個發(fā)光二極管的亮暗變化是否和預期相符，即：暗暗暗亮亮暗亮亮（Q1Q0）循環(huán)為正確；3去掉測試二極管，開始搭接紅綠燈顯示部分，搭接完成后，由555電路為控制部分提供脈沖，控制部分輸出接入紅綠燈顯示部分，觀察紅綠燈顯示是否于預期相同；4. 最后搭接計數(shù)和計數(shù)顯示部分，搭接完成后，161的數(shù)據(jù)置入端先接入任意測試數(shù)據(jù)，由555電路提供脈沖，觀察倒計循環(huán)顯示是否符合所輸入的數(shù)據(jù)，若符合則161和48并數(shù)碼管搭接正確；5. 按照經過仿真的電路圖，將幾個模塊搭接在

10、一起，觀察顯示是否正確，調試電路。七調試過程中的問題：由于是模塊化組裝搭接電路，所以調試各模塊電路不是很復雜，出現(xiàn)故障后可以及時排查，并且很快找到故障位置，使用萬用表測量相關芯片的各管腳高地電位，出現(xiàn)異常電壓值后，排查接觸是否良好，輸入是否正確，這樣能夠很快的解決問題。 在這次的試驗中，起先是模塊化連接電路，也用了多個二極管來做測試，但是最終出現(xiàn)的問題是：整體電路連接好了之后，電路結果卻未像所期望的出來。然后自己就不停的用萬用表來測試那個地方不對呀。先看看觸發(fā)器還會按照以前的那幾個狀態(tài)循環(huán)嗎？這個是好的，接著再看看其所連接的139的譯碼器是不是正常譯碼，如果是好的，接著看燈的變化情況。如果這些

11、是好的，再可以看161片子是否正常工作，如果答案是好的，那么就直接看數(shù)碼管的顯示是否和他的計數(shù)符合，如果也是好的，那么就直接將置數(shù)端接好和D觸發(fā)器的脈沖接好，看結果會不會出來。此時，又出來一些問題，這些問題經過我的探究，發(fā)現(xiàn)并不是電路的問題，而是電路的連線問題，有時候會因為你的電路線接的不夠緊，牢使得數(shù)碼管的顯示因為你不小心碰了一下板子而改變。八分析和總結。 本次課程設計集紙上設計，軟件仿真，電路搭接于一體，難度很大。設計過程中，剛開始時由于思維方式的限制，只想到了利用兩片D觸發(fā)器組合作為控制器控制計數(shù)器模值變化，只是單純的將D觸發(fā)器的兩個輸出和161置入數(shù)據(jù)規(guī)律聯(lián)系在一起而且沒有考慮到置數(shù)的

12、有效時間和先后關系，這樣首次設計出的電路和預期狀態(tài)有個一秒的差距，如果消除一秒的時差則置數(shù)就會出現(xiàn)錯誤。經過同學之間的相互交流和詳細討論，細化了交通的工作周期中的每個工作狀態(tài)，認識到了161的置數(shù)端控制需要D觸發(fā)器和其本身的進位信號CO共同控制，并將D觸發(fā)器的原時鐘信號輸入取非，這樣就解決了一秒的時差問題，又將D觸發(fā)器的輸出和161的進位信號和所需的置數(shù)狀態(tài)經過卡諾圖化簡，得到表達式，重新設計電路，經過軟件仿真后，才得到正確的結果。然后再是連接實際的電路，這次的實習，讓我深深的體會到了排線的重要性。經過課程設計這完全是理論和實際相結合的兩周后，不僅加深了對數(shù)字電路理論的理解，跟提高了動手能力學

13、會了仿真軟件的使用，更重要的是熟悉了對該類電路的實際檢測方法。完成了電路的設計和搭接后，深深體會到了數(shù)電老師“是你在控制電路，不要讓電路控制你”的含義。利用所學的知識實現(xiàn)一個日常能看得到摸得著的東西實在是一件令人愉快的事。感謝輔導老師的耐心的指導。日后如果有動手實踐的機會，一定好好把握。九參考文獻。1 數(shù)字電路邏輯設計-脈沖和數(shù)字電路 第三版 王毓銀 主編 高等教育出版社2 數(shù)字電路實驗指導書 張亞婷 王利 楊樂 周麗娟 郭華 編 西安郵電學院十課程設計儀器及材料:型號名稱功能數(shù)量74LS00和非門電路模塊搭接和顯示器部分使用174LS04非門電路模塊搭接和計數(shù)顯示部分使用374LS08和門電

14、路模塊搭接174LS48七段顯示譯碼器計數(shù)器計數(shù)顯示274LS74雙上升沿D觸發(fā)器控制模塊174LS86異或門控制模塊174LS139雙二四線譯碼器顯示模塊使用174LS161四位二進制計數(shù)器計數(shù)部分2555定時器提供CP脈沖電路1100電阻保護顯示器件84.7K電阻提供CP脈沖電路1150電阻提供CP脈沖電路10.01F電容提供CP脈沖電路14.7F電容提供CP脈沖電路1數(shù)碼管顯示2發(fā)光二極管顯示紅黃綠各2個西安郵電學院計算機學院學院數(shù)電課程設計過程考核學生姓名陳笛班級/學號光電0801/24承擔任務實驗室（單位）電子信息工程所在部門電子工程學院實施時間2010年12月20 日 2010年1

15、2月31日具體內容第一周集中講解設計的目的及要求；介紹系統(tǒng)設計的一般方法和步驟；介紹部分邏輯器件及其使用；布置課程設計題目；分析設計中可能出現(xiàn)的問題。學生選題,查閱資料，設計電路;教師準備器材、工具等，同時為學生檢查電路設計、輔導答疑。學生完成原理圖設計及接線圖設計。教師審閱，開始發(fā)放元器件及工具。學生進行電路安裝、調試；教師繼續(xù)答疑并補發(fā)元器件。第二周學生繼續(xù)安裝調試，調試成功的學生可選做第二課題；驗收調試成功的學生。驗收通過的學生整理、上交工具，寫出設計報告；召開課程設計總結交流會，總結交流學生在課程設計中具有特色的設計思想和先進的調試方法。指導教師（師傅）姓名職務或職稱指導教師（師傅）對學生的評價學習態(tài)度 認真 一般 不認真學習紀律 全勤 偶爾缺勤 經常缺勤實踐能力 很強 一般 較差指導教師（師傅）對學生專業(yè)知識或社會實踐能力等情況的意見指導教師（師傅）簽字 年 月 日 西安郵電學院計算機學院