倒計(jì)時(shí)交通燈課程設(shè)計(jì).doc

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電子線路與設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)說明書 題 目 交通燈控制器 專業(yè)班級(jí) 電信2班 姓 名 學(xué) 號(hào) 目錄 一、課程設(shè)計(jì)目的和要求 1 二、設(shè)計(jì)方案和基本原理 1 2.1課程設(shè)計(jì)方案 2 2.2課程設(shè)計(jì)原理 3 三、電路設(shè)計(jì) 4 3.1單元電路設(shè)計(jì) 4 3.2輸出指示燈狀態(tài)設(shè)計(jì) 5 3.3顯示電路的改進(jìn) 5 3.4主電路設(shè)計(jì) 6 3.5整體電路圖及工作原理 7 3.6元件清單 9 四、電路調(diào)試 10 五、設(shè)計(jì)小結(jié) 10 5.1心得體會(huì) 10 5.2作品展示 12 六、參考文獻(xiàn) 13 一、課程設(shè)計(jì)目的和要求 要求實(shí)現(xiàn)邏輯功能，在1-3狀態(tài)循環(huán)。 1、東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時(shí)間20s。 2、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間20s。 3、紅綠燈變換3秒前，黃燈處于閃爍狀態(tài)，紅綠燈變換后黃燈熄滅。 4、采用兩位數(shù)碼管顯示時(shí)間倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束紅綠燈自動(dòng)變換。 二、設(shè)計(jì)方案和基本原理 2.1課程設(shè)計(jì)方案 方案一 ①、S1-S3使用2個(gè)SR鎖存器，設(shè)置00，01，10三個(gè)狀態(tài)，這三種狀態(tài)恰恰對(duì)應(yīng)電路中S1、S2、S3三種狀態(tài)。 ②、采用74LS74與外圍元件構(gòu)成脈沖發(fā)生器，用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)。 ③、使用4個(gè)JK觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)4位計(jì)數(shù)，作為倒計(jì)時(shí)顯示電路用。 ④、采用2個(gè)CD4511和2個(gè)七段數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)顯示電路。 方案二 ①、由D觸發(fā)器74LS74與外圍元件構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，用于S1、S2狀態(tài)切換（S1、S2正好是相反的狀態(tài)）。D觸發(fā)器是邊沿觸發(fā)器，能夠?qū)崿F(xiàn)5、6管腳同時(shí)轉(zhuǎn)換，即東西路和南北路的同時(shí)變換。 ②、黃燈閃爍電路 可以采用NE555振蕩電路實(shí)現(xiàn)，接收到控制端的信號(hào)，NE555的第4管腳得電開始工作，第三腳可輸出脈沖信號(hào)，并且調(diào)整C6或R23可以改變閃爍頻率。 ③采用74LS192作為倒計(jì)時(shí)控制器件，其輸出端可直接作為信號(hào)燈變化信號(hào)。 方案對(duì)比 方案 項(xiàng)目 實(shí)現(xiàn)方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 一 ①S1-S3 2個(gè)鎖存器 簡(jiǎn)單 電平觸發(fā)，與時(shí)鐘信號(hào)不匹配、無法實(shí)現(xiàn)閃爍功能 ②脈沖發(fā)生器 觸發(fā)器 信號(hào)穩(wěn)定 價(jià)格較高、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ③計(jì)數(shù)電路 4個(gè)JK觸發(fā)器 復(fù)雜 二 ①S1-S3 1個(gè)D觸發(fā)器和一個(gè)簡(jiǎn)易脈沖信號(hào)發(fā)生器 邊沿觸發(fā)，與時(shí)鐘信號(hào)匹配，控制精度高 ②脈沖發(fā)生器 NE555簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器 成本低容易實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào) 脈沖信號(hào)精度稍差些 ③計(jì)數(shù)電路 2個(gè)74192計(jì)數(shù)器 容易處理，可顯示數(shù)值 綜合考慮，為使電路簡(jiǎn)化、運(yùn)行穩(wěn)定，選用方案二。 2.2課程設(shè)計(jì)原理 任務(wù)要求實(shí)際上就是3個(gè)狀態(tài)，不妨設(shè)： S1、東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時(shí)間20s； S2、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間20s； S3、黃燈閃爍，時(shí)間3s。 【表1】 主電路狀態(tài)與指示燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換 主電路 狀態(tài) S1R S1G S2Y S3R S3G S1 1 1 S2 1 S3 1 1 燈數(shù) 南北R＝2 東西G＝2 東南西北Y＝4 東西R＝2 南北G＝2 注:R，G，Y＝紅，綠，黃燈。 根據(jù)【表1】可知，設(shè)計(jì)電路只需要3組輸出端控制指示燈，指示燈都是以2個(gè)或4個(gè)一組?？傆?jì)需要個(gè)燈。 三、電路設(shè)計(jì) 3.1單元電路設(shè)計(jì) 總體模塊設(shè)計(jì)▲ 1、 時(shí)鐘模塊：采用NE555和RC電路組成振蕩電路，產(chǎn)生1HZ時(shí)鐘信號(hào)。 2、 計(jì)時(shí)器模塊：使用2個(gè)帶預(yù)置數(shù)的十進(jìn)制計(jì)時(shí)器74LS192構(gòu)成20秒倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器。 3、 顯示模塊：采用2個(gè)CD4511作為譯碼器，將74LS192輸出的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼，通過七段數(shù)碼管顯示出具體數(shù)值。 4、紅綠燈轉(zhuǎn)換模塊：D邊沿觸發(fā)器和其他元件構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每接收一個(gè)脈沖，紅綠燈即交替一次。 5、黃燈閃爍模塊：NE555構(gòu)成振蕩電路，檢測(cè)到03 02 01時(shí)，輸出脈沖信號(hào)，黃燈處于閃爍狀態(tài)。 3.2輸出指示燈狀態(tài)設(shè)計(jì)（顯示電路） 按照【表1】，畫出顯示電路設(shè)想控制電路，如上圖，這個(gè)電路有5個(gè)輸入端，只要按照要求輸入信號(hào)，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 3.3顯示電路的改進(jìn) 由設(shè)想電路和狀態(tài)表可以看出南北路紅燈和東西路綠燈總是同時(shí)點(diǎn)亮和熄滅，南北路綠燈和東西路紅燈也總是同時(shí)電路和熄滅，因此電路的輸入控制端可以簡(jiǎn)化為3個(gè)，如右圖所示。 3.4主電路設(shè)計(jì) ①、主電路實(shí)現(xiàn)S1→S2→S3狀態(tài)的轉(zhuǎn)換， ↑ ↓ ②、電路轉(zhuǎn)換條件是時(shí)間，電路中需要時(shí)鐘控制，即時(shí)序邏輯控制電路。 ③、實(shí)現(xiàn)S1＝20S，S2＝3S，S3＝20S 3.5整體電路圖及工作原理 1．總原理圖電路完整工作過程描述（總體工作原理） 3、74LS192工作狀態(tài)以及狀態(tài)分析 74LS192工作狀態(tài)（個(gè)位） 74192[7] 74192[6] 74192[2] 74192[3] 74192 74192[B] 數(shù)碼管 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 2 1 0 0 1 1 3 1 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 注：不填＝0 74192(2)工作狀態(tài)（十位） 74192[7] 74192[6] 74192[2] 74192[3] 74192 74192[B] 數(shù)碼管 B 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 注：不填＝0 （1） 計(jì)數(shù)模塊值為01 02 03時(shí)，黃燈閃爍，根據(jù)上面表格可以看出對(duì)于個(gè)位,若B值是低電平有效則有： B=+ 對(duì)于十位數(shù)，則 B=+ 因此B=（個(gè)位）+（個(gè)位）+（十位）+（十位） 在電路中可采用4個(gè)二極管1N4148（電路圖中的D1、D4、D5、D6）作為或門電路。 （2） 計(jì)數(shù)模塊為00時(shí)，紅綠燈交替，這個(gè)功能可以不按照真值表來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)?4LS192有借位輸出端，作用是當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)數(shù)值變?yōu)?時(shí)，借位會(huì)輸出低電平，所以只要個(gè)位和十位借位輸出端都是0，則意味著此時(shí)計(jì)數(shù)器為00，控制原理即為借位輸出端控制20秒復(fù)位和紅綠燈交替變換即可。 3.6元件清單 元件 符號(hào) 型號(hào) 數(shù)量 二極管 D1-D6 1N4148 6 發(fā)光二極管 L3 L4 L7 L8 紅色 4 發(fā)光二極管 L1 L2 L5 L6 綠色 4 發(fā)光二極管 L9 L10 L11 L12 黃色 4 三極管 VT1-4 8050 4 色環(huán)電阻 R1-14 680 14 色環(huán)電阻 R15 5.1K 1 色環(huán)電阻 R16 R19 R21 R27 10K 4 色環(huán)電阻 R17 R20 R24 R26 1K 4 色環(huán)電阻 R18 100K 1 色環(huán)電阻 R22 R29 100 2 色環(huán)電阻 R23 510K 1 色環(huán)電阻 R25 3.3K 1 色環(huán)電阻 R28 510 1 電解電容 C1 C3 C5 10uF 3 電解電容 C6 0.47uF 1 電解電容 C7 100uF 1 瓷片電容 C2 C4 103 2 芯片 U1 U2 CD4511 2 芯片 U3 U4 74LS192 2 芯片 U5 U7 NE555 2 芯片 U6 74LS74 1 管座 DIP8 2 管座 DIP14 1 管座 DIP16 4 數(shù)碼管 DS1 DS2 2 穩(wěn)壓電路 U8 7805 1 四、電路調(diào)試 仿真使用multisim軟件。由于本電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元件繁多，難以一步到位、調(diào)試成功，為了更容易達(dá)到仿真效果，可以采用分步調(diào)試的方法。 1、 當(dāng)計(jì)數(shù)器顯示00時(shí)候，紅綠燈交替變換。 2、 當(dāng)計(jì)數(shù)器顯示03 02 01時(shí)候，黃燈閃爍。 3、 最后將2個(gè)分步仿真合并在一起，得到完整的仿真電路。 在仿真電路中實(shí)現(xiàn)了電路的所有功能，只是由于仿真軟件仿真局限性無法實(shí)現(xiàn)二極管分立元件組成的或門電路，所以在仿真電路中用74LS08代替了。 五、設(shè)計(jì)小結(jié) 5.1心得體會(huì) 在設(shè)計(jì)過程中，我第一次綜合的運(yùn)用了如此多的軟件，設(shè)計(jì)過程中不自覺的熟練地掌握了不少技巧，為了完成設(shè)計(jì)查閱了大量的資料，認(rèn)真學(xué)習(xí)了很多元器件的工作原理，雖然有些沒有完全用得上，但我也意識(shí)到這也是本次設(shè)計(jì)的收獲。 在設(shè)計(jì)中，也感覺到自己學(xué)識(shí)的淺薄 ，僅僅從書本上面學(xué)到的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，通過設(shè)計(jì)讓我對(duì)電子產(chǎn)生了濃厚的興趣，從今以后，我會(huì)更加致力于學(xué)習(xí)鉆研電子知識(shí)，并做到理論聯(lián)系實(shí)際，爭(zhēng)取用所學(xué)到的知識(shí)去解決更多的問題。 最后感謝老師和各位同學(xué)對(duì)于我的設(shè)計(jì)給予的指點(diǎn)和幫助！ 5.2作品展示 六、參考文獻(xiàn) [1]《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》 清華大學(xué)出版社 閻石 [2]《電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試》華中科技大學(xué)出版社 謝自美 [3]74LS138 74LS192說明書