西安郵電大學(xué)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 ——交通燈控制器

西安郵電大學(xué) 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 ——交通燈控制器 學(xué)院名稱 ： 電子工程學(xué)院 學(xué)生姓名 ： 景超（01） 專業(yè)名稱 ： 微電子 班 級(jí) ： 1002 題目：交通燈控制器 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過本次實(shí)習(xí)利用所給器材和要實(shí)現(xiàn)的電路功能結(jié)合理論知識(shí)實(shí)際要求設(shè)計(jì)出合理的電路，達(dá)到深刻理解理論知識(shí)和其與實(shí)際運(yùn)用的差異，初步掌握模擬與數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。 二 實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求 紅綠燈交通信號(hào)系統(tǒng)外觀示意圖如圖所示。 倒計(jì)數(shù) 計(jì)時(shí)器 綠燈 黃燈 紅燈 紅 黃 綠 燈 燈 燈 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．用兩組數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)雙向倒計(jì)時(shí)顯示。 三．實(shí)現(xiàn)方案： 實(shí)現(xiàn)這個(gè)交通燈控制器可以采用FPGA、單片機(jī)等可編程器件或基本數(shù)字邏輯器件實(shí)現(xiàn)。在這次實(shí)驗(yàn)中采用74系列數(shù)字集成芯片和555時(shí)基芯片實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。本報(bào)告最后附有使用MULTISIM 仿真軟件進(jìn)行的仿真電路圖。 四．具體功能分析： 此電路為十字路口交通燈控制電路，要求東西向和南北向不能同時(shí)出現(xiàn)綠（黃）燈，發(fā)生“撞車”現(xiàn)象。即當(dāng)某一方向?yàn)榫G燈或黃燈時(shí)，另一方向必為紅燈。東西向主通路有倒計(jì)時(shí)顯示。 設(shè)計(jì)時(shí)序如下： R30s Y5s G20s 東西向 G25s Y5s R25s 南北向 脈沖輸出部分 計(jì)時(shí)控制部分 數(shù)字顯示部分 彩燈控制部分 彩燈顯示部分 4．電路框圖設(shè)計(jì)： 說明：脈沖輸出部分為555時(shí)基芯片構(gòu)成的多次諧波振蕩器，由其產(chǎn)生周期為1s的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。計(jì)時(shí)控制部分主要由兩片74LS161（十六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器）及邏輯門電路構(gòu)成。產(chǎn)生30s、20s和5s的倒計(jì)時(shí)信號(hào)。彩燈控制部分將計(jì)時(shí)控制部分輸出的信號(hào)通過邏輯門電路及74LS139（雙2—4線譯碼器）和一片74LS161組合產(chǎn)生控制信號(hào)，控制彩燈按照響應(yīng)時(shí)序顯示，并將74LS139的輸出信號(hào)反饋回計(jì)時(shí)控制部分實(shí)現(xiàn)三種倒計(jì)時(shí)之間的切換。數(shù)字顯示部分主要由74LS48（7段顯示譯碼器）、74LS04（反相器）及8段共陰極數(shù)碼管構(gòu)成，通過接入計(jì)時(shí)控制部分的信號(hào)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)顯示。 五．使用元件 ①元件清單 1.74LS161(三個(gè)) 2.74lLS139（一個(gè)） 3.74LS555（一個(gè)） 4.74LS48（兩個(gè)） 5.74LS00（兩個(gè)） 6.74LS04（兩個(gè)） 7.74LS08（一個(gè)） ②元件管腳和功能表 74ls161管腳及其功能表 74ls139及其功能表 74ls48的管腳 74ls00管腳 74ls04管腳 74ls08管腳 六．單元電路設(shè)計(jì)： 1．脈沖輸出部分： 脈沖輸出部分為555時(shí)基芯片構(gòu)成的多次諧波震蕩器，電路原理如下圖：其中器件參數(shù)分別為R1=4.7kΩ，R2=150kΩ，C1=4.7μF，C2=0.01μF。產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖為周期T=1s的方波。 電容C1充電時(shí)，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間為 tw1=0.7(R1+R2)C=0.7×(150k+4.7k) ×4.7μ≈0.5s 電容C1放電時(shí)，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間為 tw2=0.7R2C=0.7×150k×4.7μ≈0.5s 因此，電路輸出矩形脈沖的周期為T= tw1＋tw2≈1s 輸出占空比為q= tw1/T≈50% 555定時(shí)器電路圖 555定時(shí)器實(shí)際連接圖 2．計(jì)時(shí)控制部分： 通過兩片74LS161級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)最大模值為256的加法計(jì)數(shù)功能，用低位片U2的輸出口RCO控制高位片U3的使能端ENT，即低位片U2產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)后高位片開始工作。 由于主通路（東西向）交通燈時(shí)序?yàn)榧t燈30s、綠燈20s、黃燈5s，故此子系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)模30計(jì)數(shù)、模20計(jì)數(shù)和模5計(jì)數(shù)間的切換，亦即低位片模值為10—10—5的切換，高位片模值為3—2—0的切換。在具體電路實(shí)現(xiàn)過程中，采用74LS74芯片控制高位片的數(shù)據(jù)置入，并利用彩燈控制部分的輸出控制低位片數(shù)據(jù)的置入。 由于數(shù)字顯示部分要求倒計(jì)時(shí)顯示，故置入數(shù)據(jù)時(shí)取數(shù)碼管相應(yīng)顯示碼值的反碼，具體數(shù)據(jù)表格見數(shù)字顯示部分。 在此電路中，開關(guān)SW2、SW1分別控制高、低位片的強(qiáng)制置數(shù)，當(dāng)SW2、SW1接低電平時(shí)，若SW3接高電平，高位片被強(qiáng)制置入數(shù)據(jù)1111，低位片通過彩燈控制部分的反饋信號(hào)被置入數(shù)據(jù)1011。此時(shí)，將SW2、SW1接高電平，計(jì)數(shù)開始，進(jìn)入有效循環(huán)前5s的偏離態(tài)。當(dāng)?shù)臀黄M(jìn)位后，高、低位片進(jìn)位端均為1，U9A輸出端為1，U6C、U6D輸出端為0，即高、低位片LOAD端為0，實(shí)現(xiàn)置數(shù)功能。 高位片置入數(shù)據(jù)為 D0n+1=D1n,D1n+1=D0nD1n，當(dāng)高低位片同時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)，74LS74產(chǎn)生上升沿，即每次倒計(jì)時(shí)完畢后進(jìn)行置數(shù)。低位片置入數(shù)據(jù)由黃燈亮\滅控制，當(dāng)黃燈亮?xí)r置入數(shù)據(jù)為1011，黃燈滅時(shí)置入數(shù)據(jù)為0110。 計(jì)時(shí)系統(tǒng)與東西向主通路交通燈亮\滅情況真值表如下： 低位片（U2） 高位片（U3） 彩燈 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 0 1 1 0 模10計(jì)數(shù) 0 1 1 1 模2計(jì)數(shù) 綠 1 1 0 1 模5計(jì)數(shù) 1 1 1 1 停止計(jì)數(shù) 黃 0 1 1 0 模10計(jì)數(shù) 1 0 1 1 模3計(jì)數(shù) 紅 實(shí)習(xí)時(shí)間 ： 2012年12月10日 —— 2012年12月21日 西安郵電大學(xué) 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 成績鑒定表 學(xué)生姓名 班級(jí)/學(xué)號(hào) 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 電子工程學(xué)院 實(shí)施時(shí)間 2012年12月10日 —— 2012年12月21日 具體內(nèi)容 第一周 講授數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法及需要注意的問題；選定題目，并設(shè)計(jì)電路，完成電路設(shè)計(jì)；電路仿真；領(lǐng)取元器件，開始組裝電路； 第二周 組裝電路;老師驗(yàn)收電路;寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；實(shí)驗(yàn)總結(jié)； 成績鑒定 學(xué)習(xí)內(nèi)容 （40分） 基本功能完成情況（25分） 擴(kuò)展功能完成情況（10分） 其它（5分） 接受單位評(píng)價(jià) （20分） 實(shí)踐能力（10分） 學(xué)習(xí)態(tài)度（6分） 學(xué)習(xí)紀(jì)律（4分） 報(bào)告鑒定 （40分） 報(bào)告內(nèi)容與實(shí)踐過程緊密結(jié)合（20分） 報(bào)告質(zhì)量(主題、結(jié)構(gòu)、觀點(diǎn)、邏輯、資料、字?jǐn)?shù) 20分) 評(píng)閱教師姓名 薛延俠 職稱 副教授 成績 評(píng)語 評(píng)閱教師簽字 年 月 日