課程設(shè)計---交通燈邏輯電路設(shè)計

1、<p><b>　　本科生課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目： 交通燈邏輯電路設(shè)計 </p><p>　　課 程： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計

2、任務(wù)書</p><p><b>　　一、課程設(shè)計的目的</b></p><p>　　本課程是在學(xué)完《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》之后，集中一周時間，進(jìn)行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強(qiáng)的設(shè)計課題的實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的： </p><p>　　使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合分析問題、

3、解決問題的能力； </p><p>　　使學(xué)生基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高電子電路的設(shè)計和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?</p><p>　　熟悉并學(xué)會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計的要求</b></p><p>　　設(shè)計時要綜合考慮實(shí)用、經(jīng)濟(jì)并滿足性能指標(biāo)要

4、求；</p><p>　　必須獨(dú)立完成設(shè)計課題； </p><p><b>　　合理選用元器件； </b></p><p>　　按時完成設(shè)計任務(wù)并提交設(shè)計報告。 </p><p><b>　　三、設(shè)計題目及內(nèi)容</b></p><p><b>　　交通信號燈控制器&

5、lt;/b></p><p>　　（1）設(shè)計計時顯示電路(減“1”計數(shù))</p><p>　?。?）南北、東西方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。黃燈是間歇閃耀 </p><p>　　（3）可以手動調(diào)整夜間為黃燈閃耀</p><p><b>　　六 、器件與器材</b></p&

6、gt;<p>　　1、 二輸入四與非門 74LS00</p><p>　　2、 四輸入雙與非門 74LS20</p><p>　　3、 六倒相器 74LS04</p><p>　　4、 八輸入與非門 74LS30</p><p>　　5

7、、 正沿雙D觸發(fā)器 74LS74</p><p>　　6、 3線-8線譯碼器 74LS138</p><p>　　7、 可逆移位寄存器 74LS194</p><p>　　8、 同步十進(jìn)制可逆加、減計數(shù)器 (8421 BCD碼) 74L

8、S192</p><p>　　9、同步十進(jìn)制加法計數(shù)器 74LS160</p><p>　　10、振蕩分頻器 CD4060</p><p>　　11、BCD七段顯示譯碼器 74LS48</p><p>　　12、雙四選一數(shù)據(jù)選擇器

9、 74LS153</p><p>　　13、八線驅(qū)動器 74LS244</p><p>　　14、555定時器 555</p><p>　　15、LED共陰七段數(shù)碼管 BS207</p><p>　

10、　16、石英晶體(4M、2 M、32768 HZ)</p><p>　　17、微動開關(guān)、撥盤開關(guān)、繼電器、LED(紅、綠、藍(lán))、電阻、電容、二極管、三極管、光敏二、三極管、導(dǎo)線……等。</p><p>　　22、工具(鑷子、剪刀、萬用表、電烙鐵……)</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　

11、1、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”和“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教材；</p><p>　　2、有關(guān)“電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書”；</p><p>　　3、“集成電路特性應(yīng)用手冊”；</p><p><b>　　EDA技術(shù)使用教程</b></p><p><b>　　其他。</b></p><p&g

12、t;　　九、設(shè)計總結(jié)報告主要內(nèi)容</p><p><b>　　任務(wù)及要求；</b></p><p><b>　　方案特點(diǎn)；</b></p><p>　　各組成部分及工作原理(應(yīng)結(jié)合框圖寫)；</p><p>　　單元電路設(shè)計與調(diào)試；</p><p><b>　　總邏

13、輯圖；</b></p><p><b>　　總裝配圖；</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果；</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(畫出必要的波形，進(jìn)行測量精度和誤差分析)；</p><p>　　調(diào)試中出現(xiàn)問題的解決；</p><p>　　10、

14、改進(jìn)意見及收獲體會等。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)及要求…………….………………………………………….….….（7）</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案………………………………………….………….……(9)</p><p>　　2.1 總體設(shè)計方案</p

15、><p><b>　　2.2 方案特點(diǎn)</b></p><p>　　3 控制電路設(shè)計…………………………………………...…………………（10）</p><p>　　3.1 控制電路工作原理</p><p><b>　　3.2 參數(shù)計算</b></p><p><b>

16、　　3.3 器件選型</b></p><p>　　4 振蕩電路設(shè)計…………………………………………...…………………（11）</p><p>　　4.1 振蕩電路工作原理</p><p><b>　　4.2 參數(shù)計算</b></p><p><b>　　4.3 器件選型</b><

17、/p><p>　　5 計數(shù)電路設(shè)計…………………………………………...…………………（11）</p><p>　　5.1 計數(shù)電路工作原理</p><p><b>　　5.2 參數(shù)計算</b></p><p><b>　　5.3 器件選型</b></p><p>　　6 譯碼顯

18、示電路設(shè)計……………………………………...…………………（11）</p><p>　　6.1 譯碼顯示電路工作原理</p><p><b>　　6.2 參數(shù)計算</b></p><p><b>　　6.3 器件選型</b></p><p>　　7 系統(tǒng)總體電路設(shè)計……………………………………...

19、…………………（12）</p><p>　　7.1 系統(tǒng)總體電路</p><p><b>　　7.2 電路說明</b></p><p>　　8 電路調(diào)試………………………………………………...…………………（14）</p><p>　　8.1 振蕩電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　8

20、.2 計數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　8.4 控制電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　8.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　9 改進(jìn)意見及收獲體會…………………………………...…………………（14）</p><p>　　

21、10 器件明細(xì)清單…………………………………………...…………………（15）</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………….……………………………….（16）</p><p><b>　　1設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p>　?。?）、設(shè)計計時顯示電路(減“1”計數(shù))</p><p>　?。?）、南

22、北、東西方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。黃燈是間歇閃耀</p><p>　　（3）、可以手動調(diào)整夜間為黃燈閃耀</p><p>　　設(shè)計一個十字路口交通信號燈控制器，其要求如下：</p><p>　　1.滿足如圖1.1順序的工作流程</p><p>　　圖中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NS

23、G，東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWG。它們的工作方式，有些必須是并行進(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，東西方向黃燈亮。</p><p>　　圖1.1 交通燈順序工作流程圖</p><p>　　2. 應(yīng)滿足兩個方向的工作時序：即東西方向亮紅燈時間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向

24、亮紅燈時間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。時序工作流程圖見圖1.2所示。</p><p>　　圖1.2中，假設(shè)每個單位時間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。其中紅燈亮的時間為綠燈、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃耀。</p><p>　　圖1.2 交通燈時序工作流程圖</p><p>　　3. 十字路口要有數(shù)字顯

25、示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠等交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。</p><p>　　例如：當(dāng)南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時，置南北方向數(shù)字顯示為18，并使數(shù)顯計數(shù)器開始減“1”計數(shù)，當(dāng)減到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時，數(shù)顯得值應(yīng)為3，當(dāng)減到“0”時，此時黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；

26、同時，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)顯為18。</p><p>　　4. 可以手動調(diào)整夜間為黃燈閃耀。</p><p><b>　　2系統(tǒng)總體設(shè)計方案</b></p><p><b>　　2.1總體設(shè)計方案</b></p><p>　　控制器的整體結(jié)構(gòu)圖：</p><p&

27、gt;<b>　　2.2方案特點(diǎn)</b></p><p>　　狀態(tài)控制器用于記錄十字路口交通燈的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)譯碼器分別點(diǎn)亮相應(yīng)的狀態(tài)信號燈。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生整個定時系統(tǒng)的時基脈沖，通過減法計數(shù)器對秒脈沖減計數(shù)，達(dá)到控制每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時間。減法計數(shù)器的回零脈沖使?fàn)顟B(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時狀態(tài)譯碼器更具下一個工作狀態(tài)決定下一次減法計數(shù)的初始值。減法計數(shù)器的狀態(tài)有BCD譯碼器譯碼，數(shù)

28、碼管顯示。在紅燈期間，狀態(tài)譯碼器將秒脈沖引入黃燈控制電路，使黃燈閃爍。</p><p><b>　　3控制電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1控制電路工作原理</p><p>　　控制器應(yīng)送出南北、東西車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定：</p><p>　　A

29、G=1：南北車道綠燈亮； BG=1：東西車道綠燈亮；</p><p>　　AY=1：南北車道黃燈亮； BY=1：東西車道黃燈亮；</p><p>　　AR=1：南北車道紅燈亮； BY=1：東西車道紅燈亮；</p><p>　　由此得到交通燈的ASM圖，如圖3.4所示。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當(dāng)S0的持續(xù)時間小于18秒時，TL=0（用判斷框表示T

30、L），控制器保持S0不變。只有當(dāng)S0的持續(xù)時間等于18秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所表達(dá)的含義。</p><p><b>　　圖3.4</b></p><p><b>　　3.3器件選型</b></p><p>　　它由74LS164組

31、成扭環(huán)形計數(shù)器，然后經(jīng)過譯碼器輸出十字路口南北，東西兩個方向的控制信號。其中黃燈信號滿足閃耀，并且在夜間時，是黃燈閃亮，而綠紅燈滅。為了讓黃燈能每s閃亮一次，可以在黃燈那里加入一個與門，把黃燈發(fā)亮的信號當(dāng)成是與門的開通信號，與門的另一端接入時間脈沖，那么黃燈就可以實(shí)現(xiàn)每s閃亮一次的功能了。</p><p>　　扭環(huán)形十二進(jìn)制計數(shù)器的狀態(tài)表</p><p>　　根據(jù)狀態(tài)表，不難列出東西方向和

32、南北方向綠，黃，紅燈的邏輯表達(dá)式：</p><p>　　東西方向 綠燈：EWG=Q4Q5</p><p>　　黃燈：EWY=Q4Q5</p><p><b>　　紅燈：EWR=Q5</b></p><p>　　南北方向： 綠燈：NSG=Q4Q5</p><p>　　黃燈：NSY=Q4Q5&

33、lt;/p><p><b>　　紅燈：NSR=Q5</b></p><p>　　由于黃燈要求閃爍幾次，所以用基1s和EWY或NSY黃燈信號相與</p><p><b>　　4 振蕩電路設(shè)計</b></p><p>　　4.1振蕩電路工作原理</p><p>　　當(dāng)黃燈（Y）或紅燈

34、（R）亮?xí)r，則這端為高（H）電平，在CP移位脈沖作用下，而向前移位，高電平“H”從QH一直移到QA（圖中74LS164-1）由于綠燈在紅燈和黃燈位高電平時，它為低電平，所以74LS164-1QA的信號就不能送到74LS164-2移位寄存器的RI端。這樣，就模擬了當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r汽車停止的功能。而當(dāng)綠燈亮，黃、紅燈滅（G=1，R=0，Y=0）時，74LS164-1、74LS164-2都能在CP移位脈沖作用下向前移位。這就意味著綠燈亮?xí)r汽車向

35、前運(yùn)行這一功能。</p><p><b>　　4.2參數(shù)計算</b></p><p><b>　　4.3器件選型</b></p><p><b>　　74LS74</b></p><p><b>　　5 計數(shù)電路設(shè)計</b></p><

36、p>　　5.1計數(shù)電路工作原理</p><p>　　譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表 所示</p><p>　　。實(shí)現(xiàn)上述關(guān)系的譯碼電路請讀者自行設(shè)計。</p><p><b>　　5.2參數(shù)計算</b></p>

37、<p><b>　　5.3器件選型</b></p><p><b>　　74LS168</b></p><p>　　6 譯碼顯示電路設(shè)計</p><p>　　6.1譯碼顯示電路工作原理</p><p>　　當(dāng)南北方向綠燈亮，而東西方向紅燈亮?xí)r，使南北方向的74LS168以減法計<

38、/p><p>　　數(shù)器方式工作，從數(shù)字“24” 開始往下減，當(dāng)減到“0”時，南北方向綠燈滅，紅燈亮，而東西方向紅燈滅，綠燈亮。由于東西方向紅燈滅信號（EWR：0）使與門關(guān)斷，減法計數(shù)器工作結(jié)束，而南北方向紅燈亮使另一方向——東西方向減法計數(shù)器開始工作。</p><p>　　在減法計數(shù)開始之前，由黃燈亮信號使減法計數(shù)器先置入數(shù)據(jù)，圖中接入U/和的信號就是由黃燈亮（為高電平）時，置入數(shù)據(jù)。黃燈滅（

39、Y=0）而紅燈亮（R=1）開始減計數(shù)。</p><p><b>　　6.2參數(shù)計算</b></p><p><b>　　6.3器件選型</b></p><p><b>　　LC500-11</b></p><p><b>　　7系統(tǒng)總體電路設(shè)計</b>&l

40、t;/p><p><b>　　7.1系統(tǒng)總體電路</b></p><p><b>　　7.2 電路說明</b></p><p>　　秒脈沖發(fā)生器，如下圖：</p><p><b>　　8電路調(diào)試</b></p><p>　　8.1振蕩電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析&

41、lt;/p><p>　?。▋?nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗(yàn)結(jié)果的分析，畫出必要的波形，進(jìn)行測量精度和誤差分析。）</p><p>　　8.2 計數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　?。▋?nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗(yàn)結(jié)果的分析，畫出必要的波形，進(jìn)行測量精度和誤差分析。）</p><p>　　

42、8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　?。▋?nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗(yàn)結(jié)果的分析，畫出必要的波形，進(jìn)行測量精度和誤差分析。）</p><p>　　8.4 控制電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　?。▋?nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗(yàn)結(jié)果的分析，畫出必要的波形，進(jìn)行測量精度和誤差分析。）<

43、;/p><p>　　8.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　?。▋?nèi)容：說明各單元電路聯(lián)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗(yàn)結(jié)果的分析，畫出必要的波形，進(jìn)行測量精度和誤差分析。）</p><p>　　9改進(jìn)意見及收獲體會</p><p>　　一周的電子課程設(shè)計——交通燈控制電路系統(tǒng)就這樣結(jié)束了。通過兩周不斷的查找資料的過程讓我積累了很多實(shí)

44、際操作經(jīng)驗(yàn)，我已初步掌握了數(shù)電的應(yīng)用技術(shù)，以及數(shù)字電路的知識和有關(guān)器件的應(yīng)用。我深刻地體會到數(shù)字電子技術(shù)對當(dāng)代社會發(fā)展的重要作用。</p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計，我學(xué)到很多東西。社會的不斷發(fā)展電子產(chǎn)品 實(shí)踐使我認(rèn)識到我現(xiàn)在所學(xué)的知識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在實(shí)際操作應(yīng)用中有些問題還不能解決，所以我要在今后的學(xué)習(xí)中更加努力，學(xué)好自己的專業(yè)知識以充實(shí)自己，來適應(yīng)日新月異的現(xiàn)代社會。</p><p&g

45、t;　　在這次課程設(shè)計中，我學(xué)會了如何利用網(wǎng)絡(luò)資源,學(xué)會了怎么看電路圖,讀電路圖,這些都使我受益匪淺，并為我以后的學(xué)習(xí)和工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。通過這次對交通信號燈控制電路的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于交通信號燈的基本原理與設(shè)計理念，要設(shè)計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)?/p>

46、芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。</p><p><b>　　對設(shè)計的建議</b></p><p>　　我希望老師在我們動手制作之前應(yīng)先告訴我們一些關(guān)于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關(guān)于檢測芯片的方法

47、。這樣會有助于我們進(jìn)一步的進(jìn)入狀態(tài)，完成設(shè)計。</p><p><b>　　10器件明細(xì)清單</b></p><p><b>　　1. 通用實(shí)驗(yàn)底板</b></p><p><b>　　2. 直流穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　3. 交通信號燈及汽車模擬裝置</p&

48、gt;<p>　　4. 集成電路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及門電路</p><p>　　5. 顯示：LC5011-11，發(fā)光二極管</p><p><b>　　6. 電阻</b></p><p><b>　　7. 開關(guān)</b></p><p><

49、;b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　（列出你所利用的參考文獻(xiàn)。格式如下）</p><p>　　[1] 閻石主編．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）．北京：高教出版社， 2000</p><p>　　[2]《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（數(shù)字部分）康華光主編 華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室</p><p>　　[3]《電子技術(shù)