紅綠燈數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告</b></p><p><b>　　題目：紅綠燈控制器</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)人員:</b><

2、/p><p><b>　　學(xué)號(hào):</b></p><p><b>　　班級(jí)：</b></p><p>　　日期：2013年5月</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p

3、><p><b>　　設(shè)計(jì)框圖及整機(jī)概述</b></p><p>　　各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說(shuō)明</p><p><b>　　調(diào)試過(guò)程及結(jié)果分析</b></p><p>　　設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會(huì)</p><p>　　對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的意見及建議</p><

4、;p>　　附錄（包括：整機(jī)邏輯電路圖及元器件清單）</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　一、題目： 紅綠燈控制器</p><p>　　二、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)紅綠燈</p><p>　　控制器設(shè)計(jì)應(yīng)具有以下功能</p><p>　　（1）東西方向綠燈亮，南北

5、方向紅燈亮。.</p><p>　　（2）東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮。 </p><p>　?。?）東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮。</p><p>　　(4 ) 東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮。</p><p>　　要求有時(shí)間顯示（順數(shù)、逆數(shù)皆可），時(shí)間自定。（大于15秒以上）</p><p><b>

6、;　　可添加其他功能。</b></p><p><b>　　三、給定條件</b></p><p>　　只能采用實(shí)驗(yàn)室提供的中小規(guī)模電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。(不一定是實(shí)驗(yàn)用過(guò)的)</p><p><b>　　十字路口交通示意圖</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)框圖及整機(jī)概述<

7、/b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)框圖</b></p><p><b>　　整機(jī)概述</b></p><p>　　上圖是整個(gè)交通燈電路的設(shè)計(jì)框圖。首先，脈沖發(fā)生電路是用來(lái)給計(jì)數(shù)芯片產(chǎn)生脈沖的，以便計(jì)數(shù)芯片可以正常的工作。控制系統(tǒng)是整個(gè)電路的核心，它控制著紅綠燈的亮滅、數(shù)碼管的顯示以及控制計(jì)數(shù)時(shí)間，所以對(duì)于這

8、個(gè)部分的設(shè)計(jì)是非常重要的。計(jì)數(shù)系統(tǒng)我們可以用計(jì)數(shù)芯片160或者161來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用置數(shù)或者置零的方法都可以讓實(shí)現(xiàn)某一個(gè)時(shí)間段的計(jì)數(shù)。譯碼系統(tǒng)是用來(lái)顯示時(shí)間的，它將計(jì)數(shù)系統(tǒng)所記的時(shí)間用數(shù)碼管顯示出來(lái)，以便我們可以更清楚的知道紅綠燈亮滅的時(shí)間。最后的紅綠燈部分用紅黃綠三種發(fā)光二極管將我們所設(shè)計(jì)的電路功能直觀的表現(xiàn)出來(lái)。</p><p>　　各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說(shuō)明</p><p>　　脈沖

9、發(fā)生電路：這上個(gè)學(xué)期的數(shù)電實(shí)驗(yàn)中，我們用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)生脈沖的功能，所以我們這次可以用555定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生電路。555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件 ，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路 ，但是因?yàn)楸敬握n程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室直接提供了實(shí)驗(yàn)所需的脈沖，所以這個(gè)部分我們并沒(méi)有設(shè)計(jì)，而是直接使用了實(shí)驗(yàn)室提供的脈沖。</p><p>　　計(jì)

10、數(shù)系統(tǒng)：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)要求我們只用顯示一個(gè)紅燈的時(shí)間就可以了，所以根據(jù)我的設(shè)計(jì)方案，是打算讓紅燈保持25秒的時(shí)間，也就是數(shù)碼管需要顯示的最大數(shù)字是25，因此可以用兩片160計(jì)數(shù)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。該計(jì)數(shù)器能同步并行預(yù)置數(shù)據(jù)、異步清零，具有清零置數(shù)，計(jì)數(shù)和保持四種功能，且具有進(jìn)位信號(hào)輸出端、可串接計(jì)數(shù)使用。我采用的是計(jì)數(shù)清零的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)從0到25的計(jì)數(shù)，兩塊芯片都是接在同一個(gè)秒沖上的，所以是同步置零的方法。首先先接上一片160，它的計(jì)數(shù)用來(lái)當(dāng)做個(gè)位，當(dāng)

11、第一片160從0記到9時(shí)在它的進(jìn)位輸出端會(huì)輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖，我把這個(gè)進(jìn)位脈沖直接接到了第二片160的使能端，這樣就實(shí)現(xiàn)了十位的計(jì)數(shù)，當(dāng)兩片芯片總共計(jì)數(shù)到25時(shí)，這時(shí)我們譯出一個(gè)清零信號(hào)，用來(lái)清零，即每當(dāng)兩塊芯片從0記到25的時(shí)候，都會(huì)置零，然后再重新開始計(jì)數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了技術(shù)部分。該部分仿真電路如下：</p><p>　　譯碼系統(tǒng)：這個(gè)部分是用來(lái)顯示計(jì)數(shù)的，也就是我們?cè)谟?jì)數(shù)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了從0到25的計(jì)數(shù)，則數(shù)碼管也

12、會(huì)從0開始顯示到25。這里我們需要用到BCD-七段譯碼器74LS48，74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中 。根據(jù)48芯片的功能表，我們按照數(shù)碼管的管腳跟譯碼器的管腳一一對(duì)應(yīng)的焊接上，這里得注意需要給數(shù)碼管接上一定阻值的限流電阻，不然有可能會(huì)把數(shù)碼管燒壞。該部分仿真電路如下：</p><p>　　控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是整個(gè)紅綠燈電路的核心部分，它的設(shè)計(jì)也直接

13、決定著本次課程設(shè)計(jì)的成功與否。</p><p>　　首先根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，將控制器輸出的4種工作狀態(tài)，翻譯成車道上6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系如表所示（表中0代表滅，1代表亮）。</p><p>　　從上表中我們可以看出，紅綠燈狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要四個(gè)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)部分我用了一片161計(jì)數(shù)器芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，74LS161是四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器芯片，它可以從0開始

14、計(jì)數(shù)，一直記到15，在這里我只需要到它的低兩位，因?yàn)?61的低兩位恰好是每計(jì)數(shù)四次就開始循環(huán)，與我們所需要的用來(lái)控制紅綠燈的四個(gè)狀態(tài)相同，因此選用161芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，就可以不需要用觸發(fā)器去設(shè)計(jì)一個(gè)四位的控制系統(tǒng)。</p><p>　　接下來(lái)將列出的真值表進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到了各個(gè)燈的邏輯函數(shù)，即：</p><p>　　紅燈1 = Q1 ，黃燈1 = Q1 Q2 ，綠燈1 = Q1 Q2<

15、/p><p>　　紅燈2 = Q1 ， 黃燈2= Q1 Q2 ，綠燈2 = Q1 Q2</p><p>　　接著用一片74LS04與74LS08來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)燈的功能，將74LS161的低兩位分別接到這兩個(gè)芯片的對(duì)應(yīng)管腳，這樣就把控制系統(tǒng)給實(shí)現(xiàn)了。該部分仿真電路如下：</p><p>　　最后將各個(gè)分開的部分整合成一個(gè)電路，把各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，使得整個(gè)電路連接在一起，實(shí)現(xiàn)

16、交通燈的功能。</p><p><b>　　調(diào)試過(guò)程及結(jié)果分析</b></p><p>　?。?）進(jìn)行計(jì)數(shù)系統(tǒng)電路的焊接與調(diào)試。當(dāng)輸人1Hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)，要求電路能進(jìn)行增計(jì)時(shí)，當(dāng)增計(jì)時(shí)到25時(shí)，能輸電有效的定時(shí)時(shí)間到信號(hào)； </p><p>　?。?）進(jìn)行交通燈控制器以及顯示部分的焊接與調(diào)試。 </p>&

17、lt;p>　　（3）最后進(jìn)行交通燈（即發(fā)光二極管）的焊接與調(diào)試；</p><p>　?。?）判斷各部分電路之間的時(shí)序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設(shè)計(jì)要求。若是出現(xiàn)了錯(cuò)誤，則一個(gè)部分一個(gè)部分的檢查電路，找出問(wèn)題，解決問(wèn)題。 </p><p><b>　　最終調(diào)試如下： </b></p><p>　　接上電

18、源,便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時(shí)間設(shè)為25秒，當(dāng)東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮；.當(dāng)東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮； 當(dāng)東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮；</p><p>　　當(dāng)東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮。時(shí)間顯示器從預(yù)置的0秒，以每秒增1，增到19到20時(shí)，東西方向的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0后時(shí)東西方向的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈；南北方向的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈；如此循環(huán)下去。<

19、/p><p>　　設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會(huì)</p><p>　　在看到本次課程設(shè)計(jì)的幾個(gè)題目之后，我選擇了交通燈這道題，因?yàn)樵谖铱磥?lái)這個(gè)題目會(huì)比較簡(jiǎn)單，僅僅是實(shí)現(xiàn)幾個(gè)燈的循環(huán)點(diǎn)亮而已，當(dāng)我仔細(xì)的把整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)看了之后，才發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有自己想的那么簡(jiǎn)單。最開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，自己沒(méi)有進(jìn)行認(rèn)真的分析，沒(méi)有把整體的思路給想出來(lái)，因此在設(shè)計(jì)電路階段就走了很多的彎路，前期基本都把時(shí)間花在怎么設(shè)計(jì)電路上了，以致到

20、了后來(lái)只能匆匆忙忙地焊板，導(dǎo)致在焊接的時(shí)候一些線都沒(méi)有焊接上以及焊錯(cuò)了幾根線，同時(shí)整個(gè)板的布局也不是很好，給人一種有點(diǎn)凌亂的感覺(jué)。在把板子焊接好后，測(cè)試的時(shí)候也出現(xiàn)了很多問(wèn)題，首先數(shù)碼管不能正常的顯示，計(jì)數(shù)的時(shí)間不對(duì)，其次紅綠燈的亮滅也與設(shè)計(jì)的有所不同，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的檢查之后，找到了出問(wèn)題的地方，再把這些地方改正好，這時(shí)候板子就可以正常的工作了。這其中的很多問(wèn)題都是由于不仔細(xì)造成的，所以這提醒了我們以后再焊板子的時(shí)候得注意細(xì)節(jié)問(wèn)題，不要忽視

21、小問(wèn)題，也許就是一個(gè)虛焊就會(huì)使得整個(gè)電路不工作。所以在做一件事情的時(shí)候還是要先把使用工具研究透徹，才能更好的服務(wù)于研究。所幸在最終還是比較滿意的完成了這次課程設(shè)計(jì)，自己也對(duì)這門課程也有了更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，紙上談兵終究是不夠的，多實(shí)</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)利用的基本上都是上個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的知識(shí)，這些知識(shí)到了現(xiàn)在也都快忘記地差不多了，在經(jīng)過(guò)了這次的課程設(shè)計(jì)之后，在復(fù)習(xí)了過(guò)去的知識(shí)的同時(shí)也使得我對(duì)

22、原來(lái)所學(xué)的知識(shí)又有了新的理解，所以這相當(dāng)于復(fù)習(xí)了一遍上個(gè)學(xué)期的知識(shí)，加深了自己的理解，同時(shí)也是一次很好的把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的機(jī)會(huì)。這次課程設(shè)計(jì)不僅加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力，還提高了綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，增強(qiáng)了根據(jù)課程需要選學(xué)參考資料，查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力 。</p><p>　　最后，我認(rèn)識(shí)到做任何事都應(yīng)該態(tài)度要端正，作風(fēng)要嚴(yán)謹(jǐn)。對(duì)數(shù)字電路來(lái)說(shuō)，邏輯性非常強(qiáng)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都要弄得清清楚楚

23、，有一點(diǎn)漏洞，結(jié)果都不可能出來(lái)。</p><p>　　六、對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的意見及建議</p><p>　　個(gè)人覺(jué)得本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間有那么一點(diǎn)短，主要是因?yàn)楸緦W(xué)期的實(shí)驗(yàn)比較多，時(shí)間也剛好與學(xué)校的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽重合了，所以時(shí)間有點(diǎn)緊，不過(guò)很多同學(xué)也都在三周時(shí)間內(nèi)完成了，建議老師可以提前把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求之類的提前一段時(shí)間告訴我們，讓我們可以有更充足的時(shí)間準(zhǔn)備。</p><p>

24、;　　題目的老套也是一個(gè)問(wèn)題，這次老師給的題目有四個(gè)，不過(guò)這些都是以前的學(xué)長(zhǎng)、學(xué)姐做過(guò)的題目，這就導(dǎo)致有的同學(xué)可以直接找學(xué)長(zhǎng)、學(xué)姐要電路圖及實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這也就達(dá)不到課程設(shè)計(jì)所想要達(dá)到的目的了，所以我建議老師可以出一些新的題目，盡量出一些之前的同學(xué)沒(méi)有做過(guò)的題目，這樣也有利于培養(yǎng)同學(xué)的創(chuàng)新能力。</p><p>　　還有就是芯片的問(wèn)題，盡管實(shí)驗(yàn)室提供了很多的芯片給我們用，可是到了課程設(shè)計(jì)的后期階段，留在實(shí)驗(yàn)室的只剩下

25、了一些不怎么需要用的芯片，這就導(dǎo)致有的同學(xué)盡管很快就把板焊好，可是由于沒(méi)有芯片就不能測(cè)試，所以也就就不知道自己在什么地方出錯(cuò)了，所以建議老師加強(qiáng)一下芯片的管理制度，芯片最好還是少讓同學(xué)帶走的好。</p><p>　　最后，我覺(jué)得我們的數(shù)字電路的課程設(shè)計(jì)也可以按照分組來(lái)做，最好是兩個(gè)人或者是三個(gè)人一組，就像電子競(jìng)賽一樣。同時(shí)也得加大課程設(shè)計(jì)的難度，使得各個(gè)組的成員都可以得到鍛煉，避免出現(xiàn)小組里有人偷懶的情況，這也可

26、以更好的鍛煉我們的團(tuán)結(jié)合作能力。</p><p>　　七、附錄（包括：整機(jī)邏輯電路圖及元器件清單）</p><p><b>　　整機(jī)邏輯圖：</b></p><p>　　元器件清單：電源、輸入脈沖、74LS160計(jì)數(shù)芯片兩片、74LS48譯碼器芯片一片、74LS10三輸入與非門芯片一片、74LS86兩輸入四異或門一片、74LS04六反相器一片、