數(shù)電課設(shè)交通信號(hào)燈

1、一、 概述數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)這門課程是我們大學(xué)生的必修基礎(chǔ)課，學(xué)完這門課之后，自己覺得自己對(duì)新興科學(xué)的了解又更深了一步，并且，自己對(duì)于先進(jìn)科學(xué)的發(fā)展也又深刻了一些，除了在課堂上聽老師講課之外，我自己在課后也有查閱相關(guān)的資料，加深自己對(duì)于這門課的掌握程度，在這門課上完之后，總體上，自己覺得自己的理論知識(shí)有了很大的升華，但還是欠缺實(shí)踐動(dòng)手的能力，很幸運(yùn)，學(xué)校在期末給我們安排了這門數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，這讓我們有了更多的動(dòng)手實(shí)踐的時(shí)間，有了更多自己獨(dú)立思考的時(shí)間，在這兩周的時(shí)間里，我們的時(shí)間很充裕，在自己動(dòng)手過程中，如果有疑難不解的問題時(shí)，可以自己去圖書館查閱相關(guān)的資料或者自己去問老師，這都可以，

2、而且，在做仿真的時(shí)候，自己需要用到multisim12這種軟件，然而在現(xiàn)實(shí)實(shí)際中，這種軟件用的非常頻繁，自己對(duì)于各種元器件的使用會(huì)更加熟悉，將來有機(jī)會(huì)從事這方面的工作時(shí),自己的這種能力會(huì)很有用的，在中學(xué)的時(shí)候，所在的中學(xué)雖然是一個(gè)重點(diǎn)高中，但是學(xué)校所重視的不是學(xué)生的動(dòng)手能力，而是學(xué)生們的考試能力，因此，學(xué)生們雖然會(huì)考很高的分，但是動(dòng)手能力真的是很弱很弱，這樣的教育是沒什么意義的，所以學(xué)生們基本上沒什么創(chuàng)新能力，這樣對(duì)于學(xué)生一點(diǎn)好處都沒有，學(xué)生們以后也不會(huì)有太大的進(jìn)步，這樣對(duì)于一個(gè)國(guó)家的進(jìn)步也沒什么好處，這樣只會(huì)是國(guó)家的發(fā)展處于停滯狀態(tài)，在將來，勢(shì)必會(huì)處于落后狀態(tài)，但是到了大學(xué)以后，在大學(xué)這一個(gè)

3、大環(huán)境中，大學(xué)所重視的不是學(xué)生們的考試能力，而是學(xué)生們的綜合素質(zhì)，尤其是動(dòng)手能力，大學(xué)的這種教學(xué)模式是極其有用的，對(duì)于學(xué)生的發(fā)展是很有用的，在大學(xué)里，我們有更多的時(shí)間去動(dòng)手親自做實(shí)驗(yàn)，并且，在學(xué)校里，學(xué)生們也有很多的閑置時(shí)間去自己獨(dú)立思考，從而學(xué)生們能夠有更多的空間去發(fā)展自己的動(dòng)手能力，不管怎么說，在做課設(shè)的時(shí)候，自己的思維能力會(huì)有很多的提高，自己在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中，不僅動(dòng)手，同時(shí)也是在獨(dú)立思考著，這才是課設(shè)的最大意義，真的，通過這次課設(shè)，學(xué)生們會(huì)有很多的機(jī)會(huì)與時(shí)間來查閱資料，從而來充實(shí)自己的知識(shí)儲(chǔ)備量，在這樣的環(huán)境下培養(yǎng)出來的學(xué)生們一定會(huì)是非常厲害的，學(xué)生們了解了前沿科學(xué)技術(shù)，對(duì)于世界先進(jìn)技術(shù)有了

4、一個(gè)底，會(huì)很有用，總而言之，這門課程設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)于我的實(shí)踐動(dòng)手能力會(huì)有質(zhì)的提高，對(duì)于自己了解前沿科技會(huì)有很大的作用。二、方案論證 此次設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)汽車轉(zhuǎn)向燈控制電路。技術(shù)指標(biāo)如下：1.設(shè)計(jì)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，時(shí)鐘信號(hào)頻率為1HZ；設(shè)計(jì)電源電路；2.左轉(zhuǎn)時(shí)，左邊三個(gè)指示燈按“全亮”->“亮2個(gè)”->“亮1個(gè)”->“全滅”四種狀況依次變化，如圖 1 ；3.右轉(zhuǎn)時(shí)，右邊3個(gè)指示燈按“全亮”->“亮2個(gè)”->“亮1個(gè)”->“全滅”四種狀況依次變化，如圖 2 。所設(shè)計(jì)的汽車轉(zhuǎn)向燈電路主要是由向左轉(zhuǎn)、向右轉(zhuǎn)開關(guān)，時(shí)鐘產(chǎn)生電路，向左轉(zhuǎn)、向右轉(zhuǎn)控制電路，驅(qū)動(dòng)電路以及向左轉(zhuǎn)、向右

5、轉(zhuǎn)發(fā)光二極管LED指示燈等這幾個(gè)重要組成部分所構(gòu)成的，此電路的原理框圖就如圖 3所示。并且，在各個(gè)組成部分的構(gòu)成元器件有不同時(shí)也就有了不同的設(shè)計(jì)方案出來。在開始設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電路的時(shí)候，醞釀了兩種不用的電路實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，而這兩種方案的不同之處在于所用的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路是很重要的，兩套方案的驅(qū)動(dòng)電路不一樣，從而使兩套方案產(chǎn)生本質(zhì)的區(qū)別。 圖1 左轉(zhuǎn)指示燈閃動(dòng)規(guī)律圖2 右轉(zhuǎn)指示燈閃動(dòng)規(guī)律左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)開關(guān)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)提示燈驅(qū)動(dòng)電路左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路時(shí)鐘產(chǎn)生電路 圖3 汽車轉(zhuǎn)向燈控制電路原理框圖方案一： 本方案中的驅(qū)動(dòng)電路部分是由組合邏輯器件所組合構(gòu)成的。在電路中通過使用計(jì)數(shù)器的四種循環(huán)狀態(tài)來作為驅(qū)動(dòng)電路部分的輸入

6、端的輸入信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)電路依據(jù)所接受到的輸入信號(hào)來進(jìn)一步輸出信號(hào)，即輸出 000、100、110、111 四個(gè)狀態(tài)。當(dāng)然，在這時(shí)會(huì)用到555定時(shí)器、異或門等邏輯器件，本方案的總電路設(shè)計(jì)相對(duì)于其他任何電路都較簡(jiǎn)單，所用到的元器件也很少，在價(jià)錢方面，會(huì)比其他電路設(shè)計(jì)所要的開銷要少很多。方案二：本方案所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路是由兩片 CD4522 芯片所組成構(gòu)成的，兩個(gè)芯片來分別控制左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)電路中的各 3 個(gè)發(fā)光二極管LED指示燈。這套方案要用到的元器件相對(duì)第一套方案會(huì)多一些，這是缺點(diǎn)，但是，在性價(jià)比方面來說，相比來說會(huì)比較低，另外此套方案設(shè)計(jì)的電路的缺點(diǎn)是這個(gè)電路只是用到了3個(gè)輸出端來輸出信號(hào)，除此之外，

7、芯片的另外5個(gè)輸出端一個(gè)也沒有用到。兩方案的比較：就電路性能方面而言，方案二的更勝一籌，但開銷有些多，而且電路中也有些缺陷，而方案一電路性能會(huì)差一點(diǎn)，所用元器件少一些，但也能實(shí)現(xiàn)預(yù)期所要的所有功能，并且性價(jià)比也很高，所以，綜合所有的因素，本次電路設(shè)計(jì)使用方案一為宜。三、電路設(shè)計(jì)1.時(shí)鐘產(chǎn)生電路對(duì)于本次本方案設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能中，時(shí)序邏輯器件是很重要的一部分，并且，對(duì)于時(shí)序邏輯器件來說，脈沖信號(hào)又是時(shí)序邏輯器件不可缺少的部分。在此次我設(shè)計(jì)的方案中使用的是多諧振蕩器，很好的是，它是一種自激振蕩器，在它接通電源以后，根本不需要再外加觸發(fā)器，便能夠自動(dòng)地產(chǎn)生方波信號(hào)。在本次方案中，可以用 555 定時(shí)

8、器制作脈沖信號(hào)。555 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成 23 個(gè)晶體三極管、17 個(gè)電阻、兩個(gè)二極管、組成了比較器、RS 觸發(fā)器、等多組單元電路。特別是由三只精度較高 5k 電阻構(gòu)成了一個(gè)電阻分壓器。為上、下比較器提供基準(zhǔn)電壓。所以稱之為 555，其功能表如表 1 所示。555 定時(shí)器有 8 個(gè)引腳，引腳排列如圖 4 所示，引腳功能如下：1 地 GND2 觸發(fā)3 輸出4 復(fù)位5 控制電壓6 門限(閾值）7 放電8 電源電壓 VCC 圖4 LM555的引腳排列圖各個(gè)元器件的數(shù)據(jù)推理過程如下： 假設(shè) C1 = 10µF,電容的充電時(shí)間 T1和放電時(shí)間 T2。 T1 = ( R1 + R2) Cln(

9、Vcc VT-)/( Vcc- VT+) = ( R1 + R2) Cln2 T2 = R2 Cln(0 VT+)/(0 - VT-) = R2 Cln2 故電路的振蕩周期為 T = T1 + T2 = ( R1 + 2R2 ) Cln2 振蕩頻率為 = 1/T = 1/( R1 + 2R2 ) Cln2 要求脈沖信號(hào)頻率為 1Hz，則 T=1s。若取 C1 = 10µF, R2 = 55K，R1=32K代入得 C2 = 10µF。由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖 5 所示： 圖5 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器2.左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路本方案中的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路部分是由兩

10、片時(shí)序邏輯器件74194N 所組成構(gòu)成的。元器件74194N 是 一個(gè)4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，元器件74194N具有很多功能，比如同步置數(shù)與異步清零這一些重要的功能等等。74194N這一元器件的意義是很大的，元器件74194N的引腳排列如圖 6 所示。 圖6 74194N的引腳排列圖 在本套方案所設(shè)計(jì)的總電路圖中74194N所起的作用是控制作用，元器件74194N在電路正常連接時(shí)，當(dāng)開關(guān)鍵閉合時(shí)，通過接受LM555所產(chǎn)生的信號(hào)來作為本芯片的輸入端的輸入信號(hào)進(jìn)而來產(chǎn)生輸出信號(hào)來傳給驅(qū)動(dòng)電路，從而驅(qū)動(dòng)電路來使發(fā)光二極管LED提示燈正常工作，元器件74194N各引腳的功能如下： 當(dāng) RD為低電平時(shí)所有

11、觸發(fā)器將同時(shí)被置零，而且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響；RD高電平時(shí)則執(zhí)行其他功能。 當(dāng) RD高電平、LD低電平，且 CLK 上升沿計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí)，數(shù)據(jù)直接從數(shù)據(jù)輸入端 D0、D1、D2、D3置入計(jì)數(shù)器。 當(dāng) RD高電平、LD高電平 1 而 EP 、ET 中至少有一個(gè)為高電平時(shí)，保持原來的狀態(tài)不變，同時(shí) C 的狀態(tài)也保持。 當(dāng) RD高電平、LD高電平而 EP 高電平、ET 高電平時(shí)，CLK 上升沿計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí),計(jì)數(shù)器執(zhí)行計(jì)數(shù)功能。 在本次設(shè)計(jì)中只用到 4 個(gè)輸出狀態(tài)即 QA、QB、QC、QD 輸出為 0100、0101、0110、0111，這四個(gè)狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)，利用一個(gè)三輸入與非門進(jìn)行置數(shù)

12、就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。74194N 實(shí)現(xiàn)三個(gè)輸入的與非功能。由 74194N 構(gòu)成的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路如圖 7 所示。 圖7 左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路3. 驅(qū)動(dòng)電路和左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)提示燈電路在本次設(shè)計(jì)方案中驅(qū)動(dòng)電路部分是由六片異或門芯片所組合構(gòu)成，然后再由開關(guān)的閉合與否來確定是否來實(shí)現(xiàn)向左轉(zhuǎn)、向右轉(zhuǎn)發(fā)光二極管LED提示燈電路工作時(shí)所要實(shí)現(xiàn)的功能。再者，由于本次方案設(shè)計(jì)中只是才用到了QA、QB、QC 三個(gè)輸出端，當(dāng) DCBA 輸入為 0100 時(shí)QA、QB、QC輸出 100；當(dāng) DCBA 輸入為 0101 時(shí)QA、QB、QC輸出 110；當(dāng) DCBA 輸入為 0110 時(shí) ，QA、QB、QC輸出 111。當(dāng) DC

13、BA 輸入 0111 時(shí)，則有 QA、QB、QC輸出 000。每當(dāng) QA、QB、QC輸出為 0 時(shí)，發(fā)光二極管LED提示燈就將會(huì)按照規(guī)則而發(fā)光，也就是說低電平這一信號(hào)有效。在當(dāng)這四個(gè)狀態(tài)循環(huán)的時(shí)候，向左轉(zhuǎn)、向右轉(zhuǎn)提示燈將會(huì)按圖 1 和圖 2 所示的規(guī)律而正常的閃爍。所以，本方案就選擇 QA、QB、QC的輸出信號(hào)來作為向左向右轉(zhuǎn)發(fā)光二極管LED提示燈的輸入信號(hào)，然而DCBA 的輸入信號(hào)又是被計(jì)數(shù)器輸出端所輸出的四個(gè)循環(huán)信號(hào)所控制。驅(qū)動(dòng)電路和左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)提示燈電路如圖 8 所示。 圖8 驅(qū)動(dòng)電路和左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)提示燈電路四、 性能測(cè)試 在本方案中在Multisim 12環(huán)境下對(duì)電路進(jìn)行了很仔細(xì)的測(cè)試，測(cè)試過

14、很多次，有時(shí)弄出的結(jié)果會(huì)很奇怪，更有甚時(shí)，測(cè)試結(jié)果與預(yù)期的一點(diǎn)都不一樣，本次測(cè)試效果如圖 9 到圖 12 所示，測(cè)試結(jié)果以左轉(zhuǎn)電路燈為例。因?yàn)楸痉桨杆x用的器件74L194N 是四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因此只能從 0000開始才會(huì)計(jì)數(shù)，然而實(shí)際電路正常工作時(shí)所需要的是要從 0100 開始計(jì)數(shù)，所以在電路每次正常工作之前必須要經(jīng)過 0000 到 0110 這 7 個(gè)非常不必要的狀態(tài)。在電路中的計(jì)數(shù)器開始從置數(shù)端工作后開始計(jì)數(shù)時(shí)，電路正常工作，且向左轉(zhuǎn)、向右轉(zhuǎn)發(fā)光二極管LED指示燈就將會(huì)分別按照?qǐng)D 1、圖 2 所示的規(guī)律閃爍，即其將會(huì)按照預(yù)期的設(shè)計(jì)思路正常工作。 圖9 左轉(zhuǎn)電路正常工作的狀態(tài) 1 圖10

15、 左轉(zhuǎn)電路正常工作的狀態(tài) 2 圖11 左轉(zhuǎn)電路正常工作的狀態(tài) 3 圖12 左轉(zhuǎn)電路正常工作的狀態(tài) 42.示波器顯示LM555定時(shí)器頻率的測(cè)試 圖13 示波器測(cè)試LM555的仿真電路 圖14 時(shí)鐘電路產(chǎn)生波形輸出五、結(jié)論 在這次設(shè)計(jì)方案中，我做了很多嘗試，并且在我所設(shè)計(jì)的電路經(jīng)過 Multisim 12的測(cè)試中，開始時(shí)有 7 個(gè)狀態(tài)即 DCBA 輸入為 0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110 這些狀態(tài)不為所要求的狀態(tài)，在之后就會(huì)形成 4 個(gè)狀態(tài)即為 DCBA 輸入為 0111、0100、0101、0110 這 4 個(gè)循環(huán)狀態(tài)，c、d、e 輸出為 000、100、11

16、0、111 這 4 個(gè)循環(huán)狀態(tài)再經(jīng)過開關(guān)的控制指示燈就能按照要求的規(guī)律完成閃爍活動(dòng)。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。這次課程設(shè)計(jì)可以說有很大的收獲，自己在這學(xué)期的過程中隨著數(shù)電課自己慢慢學(xué)習(xí)Multisim 12，自己運(yùn)用課設(shè)這個(gè)機(jī)會(huì)運(yùn)用自己所學(xué)，利用Multisim 12設(shè)計(jì)了這個(gè)汽車轉(zhuǎn)向燈系統(tǒng)，開始時(shí)由于對(duì)數(shù)電知識(shí)的掌握不是很熟悉，剛開始時(shí)，常常不知道怎么去設(shè)計(jì)電路，常常會(huì)感到無從下手，再用Multisim 12進(jìn)行仿真的時(shí)候，Multisim 12時(shí)常報(bào)錯(cuò)，但卻不知道該怎么樣去糾正 利用

17、數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)好幾個(gè)方案感覺都不能很好的達(dá)到汽車轉(zhuǎn)向燈的控制。這段幾次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化有了更深入的了解。 參考文獻(xiàn)1 閻石主編. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). M北京：高等教育出版社，1998 年.2 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，彭介華編著，高等教育出版社，2000年.3 孫肖子、鄧建國(guó)等主編. 電子設(shè)計(jì)指南. M北京：高等教育出版社，2006 年.4 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第五版， 閻石主編， 高等教育出版社，2006年.5 李秀人主編. 電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo). M西安：國(guó)防工業(yè)出版社 2006 年.6電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試 第三版，謝自美 主編，華中科技大學(xué)出版社2006年. 7 趙淑范、王憲偉主編. 電子技術(shù)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).