數(shù)字電路課設(shè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

PAGEPAGE1福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院《數(shù)字電路》課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)姓名：宋偉強(qiáng)吳恩典學(xué)號(hào)：210891218210891220指導(dǎo)老師：蔡超2010年10月10日目錄1.簡(jiǎn)述………………32.設(shè)計(jì)任務(wù)和要求…………………33.設(shè)計(jì)原理…………43.1電源電路………43.2脈沖電路………63.3顯示控制部分電路……………83.4狀態(tài)控制電路…………………94.調(diào)試記錄及運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明……115.所需元件列表及預(yù)算…………126.課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)…………137．附錄……………14

課程設(shè)計(jì)名稱：交通燈邏輯控制電路設(shè)計(jì)一．簡(jiǎn)述為了確保十字路口的車輛順利、流暢的通過(guò)，往往都采用自動(dòng)控制信號(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；綠燈（G）表示允許通行。交通燈控制器系統(tǒng)框圖二．設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NSG，東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWR。它們的工作方式有些事并行進(jìn)行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃紅燈亮。2.滿足兩個(gè)方向的工作時(shí)序：即東西方向亮紅燈時(shí)間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時(shí)間之和，南北方向亮紅燈的時(shí)間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時(shí)間之和。南北、東西方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間分別15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。其中紅燈亮的時(shí)間為綠燈、黃燈亮的時(shí)間之和。3.滿足十字路口要有數(shù)字顯示，作為時(shí)間提示。即當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1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，一次工作循環(huán)結(jié)束，進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。三．設(shè)計(jì)原理3.1.電源電路（1）.電源電路主要由電源變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成，用于供給數(shù)字電路的工作電源。如下圖所示：（2）a.電源變壓器將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓U1變換為整流電路所需要的交流電壓5伏的U2。b．單相橋式整流電路如下圖所示，四只整流二極管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理為簡(jiǎn)單起見，二極管用理想模型來(lái)處理，即正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o(wú)窮大。c．濾波電路經(jīng)過(guò)整流后得到的脈沖直流紋波還是很大的，所以要經(jīng)過(guò)濾波電路的濾波，濾波電路通常有電容濾波，電感濾波等。RC濾波電路圖由于電感的體積和制作成本等原因，我們多采用電容濾波，其作用是把脈動(dòng)直流電壓中的大部分紋波加以慮除，一得到較平緩的直流電壓。d．穩(wěn)壓電路由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時(shí)，使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。我們采用的集成穩(wěn)壓器是78系列三端穩(wěn)壓器，即L7805。（3）.其原理圖如下圖所示：3.2脈沖電路利用555定時(shí)器為主組成多諧振蕩器，輸出頻率為1hz，周期為1s的矩型方波，實(shí)現(xiàn)脈沖電路功能。555定時(shí)器的原理圖如圖3.2所示，功能表如表1所示：圖3.2555定時(shí)器原理圖表1555定時(shí)器功能表輸入輸出閥值輸入()觸發(fā)輸入()復(fù)位()輸出()放電管T00導(dǎo)通11截止10導(dǎo)通1不變不變組成的脈沖電路如下圖所示：根據(jù)功能表和電路圖計(jì)算如下：取R1=10kW，R2=10kW，C=47uF。即可實(shí)現(xiàn)輸出周期為1s的矩型方波。同時(shí)我們?cè)谳敵龆私由狭艘粋€(gè)開關(guān)，可以控制系統(tǒng)工作的開始和暫停。3.3顯示控制部分電路顯示控制部分實(shí)際上是一個(gè)定時(shí)控制電路。設(shè)計(jì)時(shí)采用兩塊同步十進(jìn)制的加減法計(jì)數(shù)器74LS190，一塊是顯示十位，一塊是顯示個(gè)位。個(gè)位接成十進(jìn)制，從9開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)0時(shí)，向高位發(fā)出一個(gè)借位信號(hào)，再繼續(xù)從9倒計(jì)時(shí)。譯碼顯示用的是74LS48D來(lái)驅(qū)動(dòng)BCD碼八段譯碼器。即當(dāng)南北方向紅燈亮，且東西方向綠燈亮?xí)r，使南北方向的74LS190以減法方式工作，南北方向的數(shù)碼管從數(shù)字“18”開始往下減（此時(shí)的東西方向的數(shù)碼管一直保持顯示“18”），當(dāng)減法計(jì)數(shù)到“3”時(shí)，東西方向綠燈滅，黃燈閃爍三次，即三秒，直到南北方向的數(shù)碼管為“0”時(shí)，南北方向的紅燈滅，綠燈亮;而東西方向黃燈滅，紅燈亮且東西方向的計(jì)數(shù)從“18”一直往下減，到此一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。其原理圖如下圖所示:3.4狀態(tài)控制電路按照交通規(guī)則，經(jīng)過(guò)譯碼后輸出南北方向的紅燈亮?xí)r，東西方向的綠燈先亮然后黃燈亮；接著南北的綠燈先亮黃燈后亮，而東西方向一直保持紅燈亮。其中雙D觸發(fā)器74LS74的狀態(tài)表如下表(1)（設(shè)所有控制信號(hào)均為高電平有效）t計(jì)數(shù)器輸出南北方向東西方向Q0Q1Q2Q3Q4Q5NSGNSGNSRENGENYENR00000001000011100000100001211000010000131110001000014111100100001511111001000161111110011007011111001100800111100110090001110011001000001100110011000001001010表(1)由電路圖和74LS74的狀態(tài)與控制輸出關(guān)系的真值表，我們可得下列東西方向和南北方向綠，黃，紅燈的邏輯表達(dá)式：東西方向綠燈：EWG=Q4Q5黃燈：EWY=Q4ˊQ5紅燈：EWR=Q5ˊ南北方向綠燈：NSG=Q4ˊQ5ˊ黃燈：NSY=Q4Q5ˊ紅燈:NSR=Q5其中要求黃燈閃耀幾次，所以用時(shí)標(biāo)1s和EWY和NSY黃燈信號(hào)“與”既可。當(dāng)我們接通夜間開關(guān)A時(shí)黃燈信號(hào)會(huì)閃耀，通過(guò)八位移位寄存器74LS164使一個(gè)低電平信號(hào)被送到南北和東西方向的紅綠燈的與門輸入端，所以與門被封鎖，使控制器的信號(hào)被拒之門外，所以紅燈和綠燈是滅的。其信號(hào)燈的控制原理圖如下所示：四．調(diào)試記錄及運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明1.（1）在多次調(diào)試中，紅綠燈部分不能正常顯示，只有夜間功能是正常的工作。（2）通過(guò)從網(wǎng)上重新找資料及重新核對(duì)每個(gè)結(jié)點(diǎn)的連接，紅綠燈可以完整的按設(shè)計(jì)循環(huán)工作，且數(shù)碼管能夠正常顯示數(shù)字。（3）再次檢查每個(gè)結(jié)點(diǎn)及各個(gè)管腳的連線后運(yùn)行的情況，發(fā)現(xiàn)是其中幾個(gè)管腳接錯(cuò)。2.（1）初始狀態(tài)為其中東西方向的紅燈亮，南北方向的綠燈亮。（2）東西方向的數(shù)碼管從“18”開始一直倒計(jì)時(shí)到“3”時(shí)，南北方向的綠燈滅，黃燈開始會(huì)閃爍三下。（3）一直到東西的紅燈滅亮綠燈時(shí)，數(shù)碼管對(duì)應(yīng)顯示“18”。（4）此時(shí)南北方向的紅燈開始亮，數(shù)碼管并從“18”開始倒計(jì)時(shí)，直到“3”時(shí)，東西方向的黃燈開始閃爍三下。(5)之后,重復(fù)上述過(guò)程。(6)撥動(dòng)開關(guān)A,將進(jìn)入夜間模式，即東西與南北方向的黃燈會(huì)一直閃爍。(7)撥動(dòng)開關(guān)B時(shí)，數(shù)碼管的顯示部分會(huì)被關(guān)掉，但是紅綠燈仍然能夠正常運(yùn)行工作。（8）撥動(dòng)開關(guān)C時(shí)，所有運(yùn)行工作都進(jìn)入暫停狀態(tài)，但往回?fù)軇?dòng)開關(guān)工作正常繼續(xù)運(yùn)行。五．器件列表及核算74LS041個(gè)74LS111個(gè)74LS321個(gè)74LS082個(gè)74LS1641個(gè)74LS1904個(gè)74LS484個(gè)74LS741個(gè)555定時(shí)器1個(gè)1位數(shù)碼管4個(gè)10KΩ電阻3個(gè)51Ω電阻4個(gè)47uF電容1個(gè)發(fā)光二極管紅黃綠各2個(gè)撥動(dòng)開關(guān)3個(gè)相應(yīng)底座16個(gè)電路板兩塊（大塊）線圈若干經(jīng)過(guò)初步預(yù)算：一共經(jīng)費(fèi)要六十左右六．結(jié)