数字电子技术课程设计.doc

数字电子技术课程设计 指导老师 谭丹平 殷时荣 专 业 电气工程与自动化 姓 名 学 号 2014 年 1 月一、设计任务1.设计题目：交通灯控制电路的设计2.设计指标及要求：（1）主干道经常通行；（2）支干道有车才通行；（3）主、支干道均有车时，两者交替通行，并要求主干道每次至少放行30秒，支干道每次至多放行20秒；（4）每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5秒钟（此时原红灯不变）。3.设计说明书的主要内容：（1）、设计任务及主要技术指标和要求；（2）、各单元电路的详细设计计算，元器件选择，电路图等；（3）、整体电路的工作原理说明；（4）、用EWB或Multisim等软件绘制原理图，仿真。二设计总体思路交通灯在实际应用中：当红灯亮时，禁止通行;在绿灯亮时，可以通行；黄灯时，提醒司机减速并停下来。所以我们可以根据数字电路中所学到的知识对交通信号灯进行控制设计。要实现简易交通信号灯控制，首先要实现对每一步的控制。（1）支干道无车时，直接通过传感器信号，通过中间控制使得主干道的绿灯点亮，支干道红灯点亮。当支干道有车时：第1步的时候用置数控制模块控制倒计时计数器置数为30秒，步骤计数器置数为1,同时用步骤计数器控制工序显示模块使主控制器绿灯发光二极管和支干道红灯发光二极管点亮；当倒计时模块全部减为0的时候，置数模块将其置数为5秒，并且给步骤计数器一个脉冲使其加1，显示为2，同时用步骤计数器控制工序显示模块使主干道黄灯点亮。同理实现第3步，第四步。步骤计数器为3进制（1-3），每接受一个脉冲就实现一次加法计数。它就像一个总的开关，控制着置数模块和工序显示模块。而它是由倒计时模块控制，倒计时模块每给步骤计数器送一个脉冲就使其实现一次加法计数。最终达到任务要求。（3）当支干道有车时，主干道无车，则支干道绿灯点亮，主干道红灯点亮。交通灯控制电路主要有控制器，脉冲信号，传感器，译码器，计时器等组成。本设计重点要求是设计出主控制器、计时器。传感器信号可以用逻辑开关代替，信号灯可以用发光二极管代替，“秒”信号脉冲可以用1Hz脉冲信号代替。其主控制电路如下：当支路无车时，主干道一直为绿灯。当支路有车时，主支路交通灯点亮原则主要有如下4种状态：S0：主干道绿灯，支干道红灯；S1：主干道黄灯，支干道红灯；S2：主干道红灯，支干道绿灯；S3：主干道红灯，支干道黄灯；其中S0为30秒，S1为5秒，S2为20秒 ，S3为5秒。设：A表示主干道有无车，A=1，主干道有车，A=0，主干道无车；B表示支干道有无车，B=1，支干道有车，B=0，支干道无车;L表示30秒计时，L=1,30秒计时到，L=0,30秒计数器没到；P表示5秒计时，P=1,5秒计时到，P=0,5秒定时器没到；S表示20秒计时，S=1,20秒计时到，S=0,20秒计数器没到；用Q0，Q1两个输出取S0，S1，S2，S3四种状态。主干道支干道Q1Q0S0绿红00S1黄红01 S2红绿10S3红黄11逻辑抽象：设A B L S P为输入，Q1，Q0为输出，以二进制逻辑的0,1表示输入和输出变量的两种不同的状态。所以得到状态转换图如下：所对应的状态转换表为：ABLSPQ1Q0Q1Q0X0XXX0000110XX000001XXX0001111XX0001XXXX00101XXXX10110XXX0X1010XXX1X1011XXXX01111XXXX11111根据上面的状态转换表可以得到Q1，Q0的输出方程：Q1=PQ1Q0+SQ1Q0+SQ1Q0+PQ1Q0Q0=ABQ1Q0+ABLQ1Q0+PQ1Q0+SQ1Q0+PQ1Q0三各单元电路及说明1.主控制器部分根据输出方程分析，可以选择两个J K触发器来得到两个输出。化解输出方程得到：Q1=PQ1Q0+SQ1Q0+SQ1Q0+PQ1Q0 =Q1PQ0+Q1(SQ0+SQ0+PQ0) =Q1PQ0+Q1(PQ0+Q0) Q0=ABQ1Q0+ ABLQ1Q0+PQ1Q0+SQ1Q0+PQ1Q0 =(ABQ1+ABLQ1+SQ1)Q0+PQ0由于JK触发器的输出方程为Q=JQ+KQ所以得到状态方程如下：J1=PQ0，K1=PQ0+Q0；J2=ABQ1+ABLQ1+SQ1，K2=P；JK触发器连接电路图：2.译码部分通过两个JK触发器得到两个输出Q1，Q0，用AG表示主干道绿灯，AY表示主干道黄灯，AR表示主干道红灯，BG表示支干道绿灯，BY表示支干道黄灯，BR表示支干道红灯。其中AR=BG+BY, BR=AG+AY.交通灯信号真值表为Q1Q0主干道AG,AY,AR支干道BG,BY,BRS00 01 0 00 0 1S10 10 1 00 0 1S21 00 0 11 0 0S31 10 0 10 1 0分析的交通灯控制有六个输出，两个输入，所以可以选择74138译码器译码来控制交通灯。74138芯片如下：其有八个输出引脚，三个输入，在连接时没有用到的引脚可以接地或者接高电平。74138译码器的部分真值表为：A2 A1 A0Y0Y1Y2Y30 0 010000 0 101000 1 0 00100 1 10001Y0=A2A1A0 ； Y1=A2A1A0 ；Y2=A2A1A0 ； Y3=A2A1A0；对应的电路图如下：根据设计要求，交通信号灯可以用发光二极管代替，所以把AG,AY,AR,BG,BY,BR处分别接发光二极管。连接图为：3.传感器部分主支干道的车辆有无，需要有传感器来控制。根据设计要求，传感器的信号可以通过开关控制，当开关闭合是为有车，当没有车时通过传感器是A,B置零。当有车时通过传感器是A,B置一。4.计数器部分红，绿，黄灯的转换需要30秒，20秒，5秒计数器来控制，可以选择74160计数器设计，当计数时间到，即有进位输出。(1).5秒计数器可以用一个十进制的计数器74160采用置数法获得。其连接图如下： 5秒计数器的连接其状态转换为：000000010010001101000000，当从0000计到0100时，置数端LD置1，此时把0000置如从新计数，并且产生进位输出。（2）。20秒计数器可以采用两个74160并行的方式，第一个计数器即为十进制，第二个计数器采用置数法设计成二进制，总的进制数=2X10=20其连接图如下：其状态转换为：00000001001010010000第二个计数器从0000000120秒计数器的连接（3）30秒计数器的连接与20秒得相似，只是第二个计数器采用的进制不同 30秒计数器的连接其状态转换为：00000001001010010000第二个计数器从0000000100105.时钟脉冲“秒”信号脉冲可以用1Hz脉冲信号代替。这是一个用CB555定时器设计的多偕振荡器，其振荡周期为1s，由CB555定时器的参数可知，当电源电压取为5V时，在100mA的输出电流下输出电压的典型值为3.3V，所以取Vcc=5V可以满足对输出脉冲幅度的要求，可以求出占空比为q=,所以得R1=R2. 又由式T=（R1+2R2）CLn2=1,若取C=10uF,则代入上式得到3R1CLn2=1,R1=48千欧，所以取两只47千欧的电阻和一个2千欧的电位器串联即可得到设计结果。 四总设计电路分析 总的设计电路如下：这时除了定是脉冲以外的主电路，根据电路，主支路有无车通过传感器控制使触发器工作得到两个输出Q1，Q0，通过这两个输出，传感器控制计数器，计数器又反馈会去控制主控制器，主控制器得到两个输出作为译码器的输入，控制译码器输出端接信号灯，即可控制信号灯的点亮。当加上定时脉冲后，主电路如下： 五总结与体会在设计前，听老师讲解了一下，感觉还挺好做的，就是用数字电子技术那门课本中所学到的知识进行设计就行了。可是当真正思考这个课题时，发现不是那么的简单。要用那些元器件来完成就是一种难度。以前做实验时就是单纯的验证书本上的东西。可是这次要的是设计，要自己完成一种功能的实现。最后还要验证自己做的东西是否符合要求。这又是一种难度。更加难的时老师不是随时指导，要自己查书，查器件。对于平时动手少的我们来说又加上了一层难度。不过现在做出来之后感觉的是一种欣慰与满满的成就感。在学习理论知识时，不管是做作业还是做实验，都是其先准备好的期间，不需要多加考虑，只需操作其中的过程就可以。而这次的设计，老师只告诉我们设计题目的要求，所有的设计步骤都学要我们自己思考，自己根据设计要求选择器件，设计逻辑电路，分析各部分电路，最后画出总电路进行分析，还要学习新的软件。用软件连接电路也是一件耗时费力的工作，而且对使用软件也不是很熟悉，所以经常连接了好久的电路软件突然就关闭了，电路也随之一起消失。尤其在连接总电路是，电路比较多，很容易连错，这时就需要我们的细心与耐心了，我做事可能比较慢，所有电路用了两天时间才连接好。数字电路是大二学的，这么长时间过去了，好多知识都已经忘记了，通过这次设计，我又拿出了课本认真看了一遍，对曾经所学的知识进行了回顾和加深记忆。同时在设计中还弄明白好多问题，学到了更多课本上没有的知识。通过此次课程设计，我进一步掌握了EWB应用软件的相关内容，并且熟悉了其电路图的绘制，同时也提高了我逻辑的分析能力，此外，还增加了对数字电路各环节的认识和分析设计。总之，在此次课程设计中