数电课程设计实验报告.doc

西北工业大学数字电子技术课程设计报告 西北工业大学课 程 设 计 报 告题 目: 交通控制器学 院: 电子信息学院 班 级: 08031001 08031002学生（学号）: *（201030*） 同 组 人 员 : *（2010301*） 日期: 2013 年 1 月 13 日摘要设计一个铁路和公路交叉路口的交通控制器。当有火车通过交叉路口时，栏杆放下，禁止车辆和行人通行，当火车通过交叉路口后，栏杆抬起，路口放行。电路主要由四部分组成，分别是时序逻辑电路、倒数计时电路、555时钟脉冲产生电路以及单稳态延时电路。关键词：数字电路 红绿灯 时序逻辑 交通控制目 录一、课程设计目的4二、设计任务与要求4三、方案设计与论证5四、单元电路设计与参数计算9五、电路的安装与调试13六、遇到问题的解决方法14七、结论与心得15八、参考文献17数字电子技术课程设计报告 交通控制器一、 课程设计的目的1、 培养学生电路设计的能力，综合应用常规电路器件实现较为复杂的电路设计；2、 培养学生发现问题、解决问题的能力，从理论上升到实验，理论与实验相互结合，相互促进；3、 培养学生写科技论文的能力。二、 设计任务与要求设计一个铁路和公路交叉路口的交通控制器。该交叉路口的平面位置示意图如下图所示。A、B是两个栏杆，P1、P2处设置两个压敏传感器，用于检测是否有火车通过路口。（P1、P2点相距较远，一列火车不会同时压在两个压敏元件上）。当有火车通过交叉路口时，栏杆放下，禁止车辆和行人通行，当火车通过交叉路口后，栏杆抬起，路口放行。设计要求：（1）当火车由东向西或由西向东通过P1P2段，且当火车的任何部分位于P1P2之间时，栏杆A、B应同时放下，否则A、B同时抬起。（2）路口设置红、绿两色交通灯指示灯。在栏杆A、B放下时，路口的红色交通灯亮，绿色交通灯灭；当栏杆A、B抬起时，路口的绿色交通灯亮，红色交通灯灭。（3）在栏杆A、B刚抬起或刚放下时，鸣响警铃，要求铃声持续15秒;同时用数码显示器显示倒计时时间。三、 电路工作原理分析设计要求可得如下原理图：（1）、输入信号X1、X2由压敏元件发出：当火车压到压敏元件时，X1（或X2）=1，否则X1（或X2）= 0。（2）、输出信号Z控制栏杆A、B及交通等的动作：Z =1时，A、B放下，红灯亮，绿灯灭，同时警铃响并在数码管上显示倒计时时间；Z =0时，A、B抬起，红灯灭，绿灯亮，同时警铃响并在数码管上显示倒计时时间。（3）、CP脉冲信号：控制Z信号电路的时钟信号和控制数码管的秒脉冲信号都由555定时器产生（Vcc=5V,f=1Hz）。 综上所述：本设计需要4个单元电路；即Z信号产生电路，15s倒计时显示电路，警铃电路，1Hz CP脉冲产生电路。其系统方框图如下所示：555产生的时钟信号时控制电 路15秒控制 电 路时间显示 电 路电路各部分的设计1、脉冲信号发生器 由555构成多谐振荡器产生1Hz和1KHz的脉冲。改变电容C1的值或者电阻R1R2的值即可实现。计算公式: 频率 f=1/ln2(R1+2R2)C2、 时序控制电路由多个74LS08、74LS32、74LS86、74LS04和双D触发器74LS74设计时序控制电路如下:3、 15秒倒计时显示电路 由两个74192及两个七段显示器构成， CP接由555产生的1Hz脉冲 。第一个192A接高，BCD接地，达到0001的预置。第二个192AC接高，BD接低，达到0101的预置。由此8421码转換为十进制码即实现15的预置。down端接555输出的脉冲，从而实现倒计时。4、 15秒蜂鸣器报警电路 由2个74LS123构成，输入端由Z信号控制，当开关X1或X2有一个产生高电平时，单稳态触发器产生一个15秒的高电平，蜂鸣器响15秒，同时触发计时器192倒计数15秒，脉冲停止，倒计时停止，同时蜂鸣器也停止报警。脉冲宽度计算公式： t =ln3RC完整电路图四、 芯片简介1. 双D触发器74LS74 74LS74功能表2、十进制可逆计数器74LS19274LS192是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能, 74192管脚图：74192功能表3、555定时器它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡器等多种应用电路。555管脚图555功能表4、LED显示器LED显示器由8个发光二极管构成，通过不同的组合，可以用来显示0-9、A-F以及小数点等字符。有共阴和共阳两种。 5、74LS123功能表五、 相关波形 1.用555作多谐振荡电路产生的脉冲波形图1KHz脉冲波1Hz脉冲波2.时序控制电路3单稳态触发器产生的脉冲波形六、 在调试及组装电路过程中出现的问题及解决方法电路的安装与调试首先,利用数字万用表测试面包板的联通部分，做好标记，然后根据整体电路图在面包板上放置各个电路单元，在此过程中进行每个芯片位置的确定，即联系紧密的芯片尽可能放在一起，飞线时尽可能走直线，根据电路图在面包板上安装电路时还需注意，插入元器件时应垂直插入对应插孔，然后均匀用力按入插孔，以免折弯引脚。在拔出芯片时，要用镊子从侧面小心的拔起，以免使引脚受力不均而折断。在连接导线时，要正确合理的布线，布线时要注意在导线周围走线，不要从芯片上方跨过，这样便于芯片工作时进行检查和调换器件。为使布线简洁明了，便于检查，电路中不同功能的导线尽可能采用不同颜色的线，布线时先布电源线和接地线，然后进行每一单元电路的布线，最后进行各单元电路的连接。走线时要尽可能少遮盖其他插孔，以免影响其它导线的插入。仔细接好全部电路时，为了确定每条导线接入正常，没有出现虚连，漏连，错连等现象，要用数字万用表的蜂鸣档对照电路原理图进行检测。其内容包括电源线和地线的连接测试；芯片的供能端与接地端的连接测试；各芯片之间连线的测试。然后利用万用表电阻档检查电路中是否有短路或断路现象。确定电路连接正确后，接入5V电源，检查芯片是否有发热现象，是否有异味。出现上述现象后则需要在电路输入加一个信号，然后按信号流程用万用表测每一个输出的电平并与正确的电平高低进行比较，直到找出故障位置为止。对于CP脉冲产生电路则需要用示波器来观察波形，通过调节可变电阻来调出1Hz脉冲。按照电路图将电路接好以后，并不能得到理论的结果，主要出现以下问题：1、 与主控对应的脉冲产生器产生的脉冲频率偏高经常导致Mutisim软件无法响应。减小电容或电阻，降低频率可以改进。2、 由于电阻的误差及公式的近似计算可能导致15秒的脉冲宽度不准，以至显示器到零后继续计时，显示99。在数码管的接线端接上一个六口或门，当数码管输入全零时，则其输出控制192的UP端，实现数据的保持。3、 红绿灯不亮或是亮灯规律不正确；4、 蜂鸣器一直响，不会停止。调试方法1、 静态调试检查电路是否连错，连线比较复杂，容易出现错误，在电路检查中，发现几处错误，得以纠正。2、 动态调试我们采用各个部分先调试，每个部分正确以后再调试整体的方法，这样容易检测出错误。（1）在面包板上，我们发现尽量不要串线共用电源和接地端，如果共用，相互影响很大，红绿灯会出现不亮的情况，电源和地各个部分单独引线使用；（2）用万用表检测共用线路是否导通，发现有些导线接触不好，更换好的导线；（3）利用试验台上的小灯，用导线检测各个门电路的输出高低电平是否与理论相符，从而判断元器件是否损坏，更换新的器件；（4）试验中按照理论很难得到标准的1000Hz、1Hz脉冲，改变所用电阻、电容的大小可以得到，74LS123单稳态产生15秒延迟功能的时候，理论值根本达不到，而且不稳定，最终本组采用62 K的电阻、220uF的电容，基本上达到要求，但实际上还低于15秒；（5）各个部分输出正确以后，将各部分连接起来，结果还是不正确，蜂鸣器只响不停，经检测，Z信号对其有影响，在经过两级非门以后，再把Z信号作为74LS123的驱动信号，可以得到比较理想的结果；（6）将问题逐一排出解决后，得到实验结果。七、 设计心得体会通过紧张的三天的课程设计，我们收获颇丰，真真切切地感受到了实践和理论存在着距离。即使我们熟练地掌握了理论知识，但是在具体应用实践的时候，还会遇到各式各样的问题。比如说在电路的设计过程中，我们可以有很多方案来选择，具体选择哪一种就要看哪一种方案比较简单，我们对这种方法是否了解。选择好方案，画完图之后，还要用示波器对不同的接线端进行测试，如果有不预期因素存在的话就需要在电路的某些方面更改原有方案。设计过程紧张而有序，通过与队友的紧密合作，从仔细分析题目要求到初步模型建立在到着手连接线路，我们不断解决随时遇到的问题，或通过上网查阅资料或通过请教老师或通过与同学交流。总之，我们最后成功地完成了实验的要求。通过这次实习我发现团队的合作的重要性，这次实习是我们是两人一组，遇到问题大家一起讨论。不仅问题解决了，而且也增强了这种团结意识，这对以后的工作和学习都很有帮助。这次实习我们的收获很多，也长了很多的知识，总之，这次实习是很非常成功的。感触最深的便是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要认真思考，对就是思考，用所学的知识，再一步步探索，是完全可以解决遇到的一般问题的。从设计电路图，选择元器件，使用Multisim仿真电路，在面包板上组合实践实际电路，每一个过程都和队友共同探讨，其过程中出现了不少的问题，我们没有气馁，没有退缩，我们积极向同学请教，并且一遍又一遍的重复实践，直到我们期望的结果实现。事实也证明我们的努力没有白费，认真严谨的实习态度给我们带来了成功的喜悦！本次实习的目的主要是使我们对电子元件有一定的感性和理性认识；对电子信息技术等方面的专业知识做进一步的理解；培养和锻炼我们的实际动手能力，使我们的理论知识与实践充分地结合，作到不仅具有专业知识，而且还具有较强的实践动手能力，能分析问题和解决问题的高素质人才，为以后的顺利就业作好准备。此外，课程设计大大激发了同学们学习的热情。我学课本上的只是大多都是被动去学的，而做课程设计自己就变得很主动了，不懂得的问题就一定去弄明白，这也让我们感觉到我们平时学的知识是有用的。这一次的课程设计正如老师所讲，没有多少东西要我们去想，更多的是要我们去做，好多东西看起来十分简单，一看电路图都懂，但没有亲自去做它，你就不会懂理论与实践是有很大区别的，看一个东西简单，但它在实际操作中就是有许多要注意的地方，有些东西也与你的想象不一样，我们这次的实验就是要我们跨过这道实际和理论之间的鸿沟。不过，通过这个实验我们也发现有些事看似实易，在以前我是不敢想象自己可以独立设计一个实用性很强的电路，不过，这次实验给了我这样的机会，现在我可以独立的做出。遗憾的是，我们组有一个单元电路有问题，到最后也未能解决，昨晚课程设计后，这些问题仍然是大家谈论的话题。所以我认为，课程设计是我们认识工程设计的“敲门砖”，我想通过这次课程设计，我们会更加努力学习专业课知识，重视实际制作。在此，我想感谢课程设计的老师和我的舍友们，是他们在课程设计过程中帮助我发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。老师严谨细致、一丝不苟的作风是我学习中的榜样；舍友不拘一格的思路给予我无尽的启迪。这次课程设计的每一步都离不开老师的细心指导和同学们的帮助。谢谢大家对我的帮助和支持，让我感受到集体的温暖。八、 元器件清单元件名称型号数量计数器74LS1922个双D触发器74LS741个蜂鸣器BUZZER1个单输入非门74LS04N1片两输入或门74LS32N2片两输入与门74LS08J2片555计数器LM555CN2个电容10uF3个电容220uF2个电容10nF1个电阻62k2个电 阻43 K，51 K各2个集成单稳触发器74LS1232个七段译码显示器DCD_