(新)电气与信息工程系课程设计封面和评分表

湖南工程学院 课 程 设 计 课程名称 数字电子技术 课题名称 简易交通信号灯控制器 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2013 年 12 月 10 日 2 电气与信息工程系课程设计评分表 评 价 项 目 优 良 中 及格 差 设计方案的合理性与创造性 软件设计完成情况 硬件调试完成情况 设计说明书与设计图纸质量 答辩情况 独立工作能力 完成任务情况 出勤情况 综 合 评 分 指导教师签名：_ 日 期：_ 注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容； 此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、 评分表、附件（非 16K 大小的图纸及程序清单） 。 3 报告书要求： 字体 常规小四号 行距 1.5 倍 字距 1 磅 页面 上、下 2.54CM 左右 1.9CM 纸张 16 开 4 目 录 1、 设计总体思路，基本原理和框图 2、 单元电路设计（各单元电路图） 3、 总电路设计（总电路图） 4、 安装、调试步骤 5、 故障分析与电路改进 6、 总结与设计调试体会 附录 参考文献 5 1、 设计总体思路，基本原理和框图 一、设计总体思路 交通信号灯南北向：45s 绿5s 黄25s 红5s 红 东西向：45s 红5s 红25s 绿5s 黄 扩展：夜间（22:006:00）黄灯闪烁 方案一：南北向与东西向的控制电路分开。分别都有三步，南北向 45s 绿灯5s 黄灯30s 红灯，东西向 50s 红灯25s 绿灯5s 黄灯。 方案二：南北向与东西向的控制电路不分开，因为总时间相同，分成 四步后每步的时间也相同，可以用一个计时电路控制。 由于第一步的时间是电路随机产生的，这导致两条路之间的时间不同步会 出现同时红灯或同时绿灯的情况。所以我们选择第二方案。 二、基本原理 系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器 五大部分组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通 过定时器向控制器发出四种时间到信号，使相应的发光二极管发光。译码显示 器在控制器的控制下，改变交通灯信号，分别产生四种倒计时时间显示，控制 器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变，同 时产生使计时器重新置数的信号开始下一轮计数。 位于主干道和支干道的十字路口交通灯系统，每条道路设一组信号灯，每 组信号灯由红、黄、绿 3 个灯组成，红灯表示禁止通行，黄灯为过渡灯，绿灯 表示允许车辆通行。 三、框图 6 秒脉冲信号 计时器 控制器 译码器 南北向交通灯 东西向交通灯 S0、S1、S2、S3 状态分别分配状态编码为 001、010 、011、100 由此得到控制 器的状态，如表 1 所示 状态转换表 状态 主干道 支干道 时间（s） S0 绿灯亮，允许通行 红灯亮，禁止通行 45 S1 黄灯亮，停车 红灯亮，禁止通行 5 S2 红灯亮，禁止通行 绿灯亮，允许通行 25 S3 红灯亮，禁止通行 黄灯亮， ，停车 5 7 2、 单元电路设计（各单元电路图） 一、计时控制电路 160 芯片发出四个信号，通过 138 译码输出四个不同的信号控制交通灯。 U16 74LS160D QA 14QB 13 QC 12QD 11 RCO 15 A3 B4 C5 D6 ENP7 ENT10 LOAD9 CLR1 CLK2 VCC5V VCC5V U4 DCD_HEX U6 74LS138D Y0 15Y1 14 Y2 13Y3 12 Y4 11Y5 10 Y6 9Y7 7 A1 B2 C3 G16 G2A4 G2B5 J2A Key = A 42 0 26 44 VCC VCC 27 U5 NOT 11 29 48 二、交通灯显示电路 采用两片 192 芯片级联构成两位的减数计时器，当 160 芯片发出 00 信号时倒计时 45s，当 160 芯片发出 01 信号时倒计时 5s，当 160 芯片发出 10 信号时倒计时 25s，当 160 芯片发出 11 信号时倒计时 5s。 8 VCC5V U7 NOT U9 74LS192D A15 B1 C10 D9 UP5 QA 3QB 2 QC 6QD 7 DOWN4 LOAD11 BO 13CO 12CLR14 U10 74LS192D A15 B1 C10 D9 UP5 QA 3QB 2 QC 6QD 7 DOWN4 LOAD11 BO 13CO 12CLR14 U11 DCD_HEX U12 DCD_HEX U13 OR2 U20 NOT 47 43 41 40 39 VCC 38 373635 34 3332 31 30 0 U19 NAND4U21 NAND4 13 14 4823 三、信号灯连接电路 U9NOT U11NOT U12NOT X1 2.5 V X22.5 V X32.5 V X4 2.5 V X5 2.5 V X62.5 V U1 AND2 U2 AND2 U3 AND2 U4 AND2 U5 EOR2 U6 EOR2 1 U7NOT U8NOT 2 U13 AND2 3 5 U10OR2 U14 OR2 6 4 7 8 9 10 12 13 11 14 15 因为要夜间黄灯闪烁，即不论在白天还是夜间黄灯都要工作，所以要用一 9 个异或门连接。 四、24 小时计时电路 U39 DCD_HEX U40 DCD_HEX U3774160NQA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LO AD 9 CL R 1 CLK 2 U3874160NQA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LO AD 9 CL R 1 CLK 2 VCC 5VXFG3 51 VCC 28 250 2422 49 50U1 NAND2 46 55 45 五、SR 锁存器 要求夜间黄灯闪烁，即主电路停止工作。这样要使电路在 22 点与 6 点 时改变状态并且要维持这一状态。这要利用到锁存器。我们使用的是与非门连 接的 SR 锁存器，如下图 10 3、 总电路设计（总电路图） U16 74LS160D QA14QB13QC12QD1 RCO15 A3B4C5D6 ENP7ENT10LOAD9 CLR1CLK2 VC5V VC5V VC5V U4 DCD_HEX U6 74LS138D Y015Y114Y213Y312 Y41Y510Y69Y77 A1B2C3 G16G2A4G2B5 U7NOT U9 74LS192D A15B1C10D9 UP5 QA3QB2QC6QD7 DOWN4 LOAD1 BO13CO12CLR14 U10 74LS192D A15B1C10D9 UP5 QA3QB2QC6QD7 DOWN4 LOAD1 BO13CO12CLR14 U1 DCD_HEX U12 DCD_HEX U13OR2 U14NOTJ2A Key = A X1 2.5 V X2 2.5 VX42.5 V U8NOT U18NOT U20NOT X5 2.5 VX62.5 V U30NOT U31NOT U32NOT X72.5 V 42 0 47 264 VC 43 C 41 40 39 VC 38736534 33231 3027 U5NOT1 29 0U19 NAND4U21 NAND4 13 14 48 U2OR2 U17NOT U23NOT 16 20 12 U24OR25 2318 XFG2 U39 DCD_HEX U40 DCD_HEX U3774160NQA14QB13QC12QD1RCO15 A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2 U3874160NQA14QB13QC12QD1RCO15 A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2VC 5VXFG3 U42 SR_F S QQR U43AND3U45 NOT U4 AND3U46NOT U47NOT U48AND2 XFG4U49AND2 U50EOR2U51EOR2 U52AND2 U53AND2 U54AND2 U5AND2 U56NOT 58 63 62 61 0 60 59 57 56 54 53 5251 VC28 250 24 15 0 9 646 65 21 68 67 7 68 10 69 49 50U1NAND246 5 45 将各个部分连接起来就组成了上面的电路图。这是通过修改的最后电路图 通过在实验台接线完成后可以实现课程要求。 11 4、 安装、调试步骤 ，检测线的通断 这个必须仔细检查，实验室里断的线有许多。很多问题都是坏的线引 起的。 ，检测各个芯片的好坏； 检测 74LS160 时，令它由 1 到 4 计数。 检测 74LS192 时，看它单个是否能由 0-9 计数。 先将电路的局部连起来，检查是否能够实现要求。再将局部电路一个个连 起来。要连一个检查一遍，这样方便排查问题出在那个部分 。 5、 故障分析与电路改进 将整个电路连接完成后发现的问题： 显示器显示的数字有缺陷，检查许多地方后发现只是芯片与实验台上的 插孔接触不良 24 进制计时器计数乱跳，先检查线路正确，后来单个检查 160 芯片其中 一个坏了，逻辑不正确 24 进制计时器计数到 22 就跳到 00 了，反复看了仿真发现仿真时 23 跳到 00 时非常快比其他数字跳的快。后来改成到 24 时才跳 0 才对了。 在晚间时 192 芯片计数停止而且信号灯的状态维持（有什么灯亮晚间灯 一直亮）我们想只要红绿信号灯在白天工作晚上停止工作，通过与队友讨论我 们在 24 进制输出的信号与秒脉冲之间连了一个与门 12 6、 总结与设计调试体会 这个课程设计的任务我们两个人花了差不多两周的时间。在这段时间 里 我们几乎用尽了我们的一切能想到以及能用上的方法，一开始是上网查看有没 有差不多设计，我们好不容易将图在软件上仿真，发现并不是像网上说的一样。 换了许多图结果都不行。后来我们放弃了，决定自己做电路图。分成多个部分， 先接 1-5 的计数器，和 74LS192 芯片组成两位的减法计数器。再把它们接起来， 这个过程十分漫长。完成后，也不急着接信号灯。我们接着接 24 进制的计数 器。我们又遇到了一个解决不了的问题：怎么保持一个状态。问了指导老师我 们知道了要用锁存器。multisim 仿真软件，以前从来没有接触过，只是现在需 要的时候才开始用它，它的功能都不很清楚。通过这次课程设计，加强了我动 手、思考和解决问题的能力。现在设计已经做好了，虽然花了很多时间，但学 到了很多东西。这个设计所用到的知识都是我们以前学过的，但是我们还能发 现对以前学的内容我掌握的和自己想象的还有很大差距。很多东西我们在课堂 上学了但是下来没有及时的复习，导致了现在不能及时的拿来用。现在经过这 次学习加深了我们的知识，还使我们将理论知识运用到了实际，知道了这些知 识在实际生活中的作用。 通过这次课程设计还加强了我们的团队精神。这次课程设计过程中不仅有 我与队友的努力，还有寝室室友的强力帮助，当然最重要的是老师的指导。 13 附录 元器件清单 型号 个数 备注 74LS00 1 用作 SR 锁存器 74LS04 3 74LS08 2 74LS10 1 74LS20 1 74LS32 1 74LS86 1 74LS148 5 与显示器相连 74LS192 2 减法计数器 CD40160 3 24 进制计数器 八段共阴 5 显示器 发光二极管 6 红绿黄分别两个 真值表 160 信号 192aDCBA 192bDBCA 138 信号 001 0100 0101 Y4 010 0000 0101 Y1 011 0010 0101 Y2 100 0000 0101 Y3 14 方案一总电路图 U1 74LS160D QA14QB13QC12QD1 RCO15 A3B4C5D6 ENP7ENT10LOAD9 CLR1CLK2 VC5V U2 DCD_HEX U3NAND2 U4 74LS138D Y015Y114Y213Y312 Y41Y510Y69Y77 A1B2C3 G16G2A4G2B5 U5NOT U9 74LS192D A15B1C10D9 UP5 QA3QB2QC6QD7 DOWN4 LOAD1 BO13CO12CLR14 U10 74LS192D A15B1C10D9 UP5 QA3QB2QC6QD7 DOWN4 LOAD1 BO13CO12CLR14 U1 DCD_HEX U12 DCD_HEXVC5V U13OR2 U14NOTVC5V J1A Key = A XFG1 X1 2.5 V X2 2.5 VX32.5 V U15NOT U16NOT U17NOT U18NOTU19 NOT U8 74LS160D QA14QB13QC12QD1 RCO15 A3B4C5D6 ENP7ENT10LOAD9 CLR1CLK2 VC5V VC5VU20DCD_HEX U21NAND2 U2 74LS138D Y015Y114Y213Y312 Y41Y510Y69Y77 A1B2C3 G16G2A4G2B5 U23NOT U24 74LS192D A15B1C10D9 UP5 QA3QB2QC6QD7 DOWN4 LOAD1 BO13CO12CLR14 U25 74LS192D A15B1C10D9 UP5 QA3QB2QC6QD7 DOWN4 LOAD1 BO13CO12CLR14 U26 DCD_HEX U27 DCD_HEX U28OR2 U29NOT X4 2.5 VX62.5 V U30NOT U