电子设计——王海洋.doc

2007级学生电子技术课程设计 电子技术课程设计报告书课题名称交通灯设计姓 名王海洋学 号2008080530院、系、部物理与电子科学系专 业电子信息科学与技术指导教师张昌平 2010年 12 月 31日 一、设计任务及要求：设计任务：1、首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上用软件仿真画出硬件电路图。2、在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计。3、写出设计报告。要 求： 1、十字路口设有红、绿、黄、左拐指示灯；有数字显示通行时间，以秒单位作减法计数。2、东西、南北方向干道交替通行，主干道每次绿灯亮40秒，黄灯亮5秒，红灯亮20秒。3、当出现特殊情况时，进入特殊运行状态，两干道所有车辆都禁止通行，红灯全亮，时钟停止工作。4、要求主支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在0到99秒内任意设定。指导教师签名： 2009年6月20日 二、指导教师评语：指导教师签名： 2010 年 月 日 三、成绩 指导教师签名： 2010年 月 日 交通信号灯控制系统1 设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排。（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解面包板结构及其接线方法。（4）了解数字交通灯电路的组成及工作原理。（5）熟悉数字交通灯电路的设计与制作。2 设计思路（1）设计出时钟发生器电路。（2）设计可预置时间的计时电路。（3）设计控制红、绿、黄三个计时器交替工作的控制电路。 （4）设计交通信号灯交替点亮的控制电路。（5）设计出数码管倒计时的显示电路。3 设计过程 方案论证交通信号灯控制系统总体方框图如图1所示。信号灯控制电路数码显示管数码管电路状态控制电路加和减法计数器计数器控制电路信号控制灯译码控制电路时钟信号发生器图1 总体框图（一）方案论证1. 时钟发生电路设计使用555芯片设计方波发生器，方波频率为1Hz。555芯片制作的发生器可调，而且精确度也能达到要求；不需要编程控制；价格便宜。方波发生电路设计如图(1)所示：图一 图（1）2. 计时电路设计由于三个信号灯的点亮时间不同，我们设计了三组计时电路，分别记录三种信号灯点亮时间。在此一红灯为例说明我们设计的计时电路的工作特点。我们选择了用两个可预置数的四位二进制加减计数器（74HC193）分别记录红灯点亮时间的个位和十位。具体电路如图（2）所示:图(2) ：计数器电路设计又由于三种信号灯需要交替点亮及三组计数器也需要交替工作，我们还设计了三组计数器的工作状态控制电路，在此我们利用了计数器的进位信号来作为状态的控制信号，控制三组计数器的工作状态，具体电路如图（3）所示: 图 (3) 计数器组工作状态控制电路 3. (1)信号灯状态控制电路设计此模块电路我们采用的是可预置数的加减8进制计数器（74HC160）作为信号灯状态变化的控制电路。在这里，我们利用计数器电路模块中十位上的计数器的进位信号作为74HC160的时钟信号。同时，将74HC160设计成一个三进制计数器，再使用一个或非门构造成信号灯三种状态的变换。由于74系列芯片不能直接“线与”。为了使三个进位信号都能工作，我们选用了一个四输入与非门（74HC13）。具体电路如图4所示：图(4)信号灯控制电路(2) 数码管显示电路设计在此模块电路中我们选用的是BCD7段译码器（74LS48），由于在计数器电路模块中我们是将74HC193设计成了加法计数器，所以在此模块电路设计中，我们需要将其取反后再连接到译码器的输入端，具体电路设计如图(5)所示：图(5)：数码管显示电路(3)数码管控制电路设计由于只需要一组数码管交替显示三种信号灯点亮的时间，所以我们需要一个控制数码管显示状态变换的电路。在这里我们选用的是CD4052（双四选一多路开关）。其地址信号我们利用的是计数器组工作状态控制电路中的输出信号。具体电路如图(6)所示：图(5) 数码管控制电路设计（二）1.protues仿真电路全图：2.主要原器件清单主要元器件型号数量时钟发生器5551个可预置数的四位二进制加减计数器74HC1936个七段BCD译码器74HC482个七段数码管共阴极2个JK触发器40272个双四选一多路开关40526个六反向器74LS043个四输入与非门74HC131个3.组装调试部分：调试电路的方法和技巧： 首先，断电后进行通路测试，看各高低电平连接是否正常，是不是有虚焊。接下来，对所连接电路与仿真图进行初步的对照，看是不是有链接错误。随后通电对电路进行检查，看是否正常。如果不正常，对芯片进行每根引脚的检查，检查引脚高低电平时否与逻辑正常。我的调试中出现的故障、原因及排除方法：对于我的电路，开始我用万用表测555一直不出脉冲，所以我选择用函数信号发生器进行了对后面的测试。不过在当天晚上我就将555调试正常，原因在我将10F电容反接了，随即更正。我的电路开始循环显示不正常，我先对循环部分进行了检查，发现没问题。于是我去检查74LS48的显示电路，发现有一根输入我错误的链接了高电平，随即进行了修改。又通电试了下，发现循环正常，但是灯不亮。随即，我对电路进行了与仿真详细的比对，用了我一天的时间，最终将问题缩小在双D触发器上，有一根本该高电平的线，被我接了地。至此，电路可以正常显示。 (三)总结设计电路的特点，并提出改进意见：我的电路特点：优点：逻辑部分简单，比资料中的的方法省去2个74LS04。缺点：我电路的交通灯显示的正常与否，取决于Q0、Q1的初始值。若果Q0、Q1的初始值为0，则正常显示；但如果其初始值不为0，则显示错误，具体表示就是黄灯的时间和绿灯的持续时间将会调换。改进的方法：所以我选择连接了复位键。将74HC13的清零端和74LS04的置零端连接到一个高低电平可以切换的开关处，够成复位键。(四)设计体会:对于第一次亲手制作集成电路板的我，这次经历很让我难忘。我觉得这是我们的理论付诸实践的第一次，也将是我们实践的开始。这次课程设计给我的第一感受是我体验到我们学习的价值所在，把自己的知识做成事物是我们很有成就感的事情，也给我接下来的学习奠定了基础。让我知道自己该做什么，该在哪方面加强努力。同时这次电路的设计，也让我感受到自己在知识方面的不足，我还需要回去翻看数电课本才能将电路做出，我在接下来的学习中必须注意前面知识的学习。参考文献1 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1999年2 彭华林等编. 数字电子技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年 3 金唯香等编. 电