数字电子课程设计单行道十字路口简易交通灯.doc

河南理工大学数字电子课程设计单行道十字路口简易交通灯 （2010-12-30） 学院：电气与自动化学院 专业：电子信息工程 班级：083班 姓名： 学号：310808030307 指导老师： 15 摘 要 此次设计，我选择设计单行道十字路口简易交通灯。利用555定时器芯片构成多谐振荡器产生脉冲，产生的脉冲作为74LS161构成的定时计数器的CP输入，使计数器从0到7一次计数。计时器输出的数据通过两片74LS138译码器芯片，然后控制甲乙车道两组信号灯（发光二极管）的定时亮灭。每组红，黄，绿三个灯。实现前3t内甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮，下一个1t内，甲车道变黄灯亮，乙车道仍然红灯。1t后甲车道变红灯，乙车道变绿灯。甲车道的红灯持续4t，乙车道的绿灯持续3t后变黄灯，1t后再变红灯。然后按此规律甲乙车道交替实现通车，停车的指示功能。关键词：交通信号灯 自动控制系统 脉冲 定时 控制 译码 动态显示 目录摘 要2目录3第1章 绪论41.1 设计任务41.2设计要求4第2章系统总体方案设计52.1 总体原理方框图52.2电路器件选择52.3 状态转换5第3章具体逻辑电路分析设计63.1 多谐振荡电路63.1.1 555定时器63.1.2 555定时器构成多谐震荡器73.2 控制电路83.2.1 计数器74LS16183.2.2161计数器构成倒计时器控制电路93.3 译码器电路103.3.1 74LS138译码器103.3.2 译码电路103.4 总体电路设计及原理图113.5 原器件清单123.6 结果123.6.1 仿真结果123.6.2 实际电路制作结果12第4章课程设计体会13第5章参考文献14第1章 绪论 通过数字电子课程的学习，我们已经掌握了基本逻辑门，常用数字芯片的功能。能够分析并设计简单的组合，时序逻辑电路。然而要想更深一步了解和熟练掌握数字电子的应用，我们需要把学到的理论知识应用到实际生活中，并多动手实践。数字电子课程设计就为我们提供了很好的锻炼机会。交通灯是我们再熟悉不过的控制系统了，在生活中发挥着中重要的作用，随个电子技术的不断进步，交通灯的功能设计也不断强大。在这里我用简单的电路来熟悉交通灯的工作原理。熟悉数子电子技术中非常重要的几个芯片：定时器NE555，计数器74LS161，译码器74LS138，与非门74LS00,74LS20.1.1 设计任务单行道简易交通灯的设计，可以通过红，黄，绿灯的定时交替变换实现对单行道十字路口车辆的控制。此项课题设计需要熟练掌握555定时器，74LS161计数器,74LS138译码器,74LS00二输入与非门和74LS20四输入与非门的功能及管脚连接方法。需要掌握利用555定时器构成多谐震荡器的电路设计，掌握161计数器清零电路的链接和应用，掌握138译码器和与非门构成的控制电路控制逻辑函数的实现。同时学习了Multisim软件画电路图，实现电路模拟仿真。进一步学习了规范制作word文档的方法。1.2设计要求1.画出电路图，原理图并进行仿真。2.分析各部分模块功能，元器件及参数选择。3.编写实验报告，附上相关电路图，资料和心得体会。4.按照设计要求做出实物。5.对事务进行测试，验证电路设计原理的正确性可行性。第2章 系统总体方案设计2.1 总体原理方框图脉冲发生器控 制 器定时器计数器译码器甲车道信号灯乙车道信号灯 图2.1-12.2电路器件选择23k电阻两，电解电容100uF，NE555,74LS161,74LS138,74LS20,74LS00.发光二级管 6个。2.3 状态转换状态1（000010）：甲车道（东西方向）绿灯亮，通行。乙车道（南北方向）红灯亮，等待。状态2（011）：甲车道（东西方向）黄灯亮，提醒。乙车道（南北方向）红灯亮，等待。状态3（100110）：甲车道（东西方向）红灯亮，等待。乙车道（南北方向）绿灯亮，通行。状态4（111）：甲车道（东西方向）红灯亮，等待。乙车道（南北方向）黄灯亮，提醒。第3章 具体逻辑电路分析设计3.1 多谐振荡电路 3.1.1 555定时器 555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称作7555。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V 工作。其内部电路结构如图3.1-1所示。其功能表如表3.1-2所示。 图3.1-1555定时器功能表3.1-2 输 入输 出阀值输入（V1）触发输入（V2）复位（RD）输 出（V0）放电管T00导通2/3Vcc2/3Vcc1/3Vcc10导通1/3Vcc1不变不变3.1.2 555定时器构成多谐震荡器系统所需要的秒脉冲有定时器NE555所构成的多谐振荡器提供。NE555外引脚图如图3.1-3所示，其中1管脚是接地端，8脚正电源端Vcc，2脚低触发端TR，6脚高触发端TH,3脚是输出端OUT，4脚是主复位端。5脚控制电压端。7脚放电端DISC。图3.1-3多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡电路，多谐振荡电路没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素作用下电路在两个暂稳态之间来回转换，故又称无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图3.1-4所示，R1,R2和C是外接定时元件，将放电端（7脚）接到R1,R2的连接处。 图3.1-4由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压Uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出U0为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使 电压Uc按指数规律上升，当Uc上升到（2/3）VCC时，输出U0为低电平，放电管VT导通，把Uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=（R1R2）C。 由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数T放R2C0随着C的放电，UC下降，当Uc下降到（1/3）Vcc时，输出U0。 为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容C充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间变化。图3.1-5所示为工作波行。 图3.1-53.2 控制电路3.2.1 计数器74LS16174LS161是常用的四位二进制可预置数同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统中实现计数分频等重要功能。其外部管脚图如图3.2-1所示。 图3.2-1 。161计数器的基本功能是对输入时钟脉冲进行计数，它可以用于分频，定时，产生节拍脉冲和脉冲序列及进行数字运算等等。其逻辑功能表如图3.2-2。 异步清零QDQCQBQA=0 同步并行置数QDQCQBQA=DCBA 保持原有状态不变QDQCQBQA=QDQCQBQA 计数 CP每来一个上升沿，计数器的值增1 74LS161逻辑功能表 3.2-2清零预置使能时钟预置数输入 输出 RD LDEP ET CPA B C DQAQBQCQD L L L L L H L A B C D A B C D HHL 保持 HH L 保持 HHH H 计数3.2.2 161计数器构成倒计时器控制电路 倒计时器由一片74LS161和一个与非门构成，利用同步清零接法构成七进制计数器，其组成图3.2-3所示。 2脚端口接入由多谐振荡器产生的CP脉冲，驱动芯片开始计数，输出端QAQC接入138译码器控制后续电路高低电平输出。QD引出接与非门取反，送入1脚同步清零端口 。实现07状态计数。 000 001010011100101110111 图3.2-33.3 译码器电路 3.3.1 74LS138译码器74LS138是3线8线二进制译码器，他有3个输入端A2，A1，A0。8个输出端Y0Y7，输出为低电平有效，G1,G2A,G2B.为使能输入端。其外部引脚图如图3.3-1。功能表如表3.3-2图3.3-1 74ls138译码器功能表3.3-23.3.2 译码电路 两片74LS138芯片分别编号A， B芯片，A片通过输出端口接与非门电路控制甲车道信号灯，B芯片控制乙车道信号灯。A,B芯片的输入端A,B,C都接计数器QAQC的输出端。输出端与甲乙车道信号灯的控制关系如图3.3-3Y0Y274ls138甲芯片甲车道绿灯Y3甲车道黄灯Y4Y7甲车道红灯74LS138乙芯片Y0Y3乙车道红灯Y4Y6乙车道绿灯 Y7乙车道黄灯 图3.3-3 因为138译码器有效输出为低电平，而控制二极管发光需要高电平，所以根据控制关系译码器输出端接与非门，以实现定时控制信号灯发光时间与变换关系。此块儿电路用到芯74LS00，其内部集成四块儿二输入与非门。74LS20，其内部集成两块儿四输入与非门。3.4 总体电路设计及原理图3.5 原器件清单原器件名称 电阻 电容二极管 参数 23K470100uF100nf 红色 黄色 绿色 数量 2个6个 1个 1个 2个 2个 2个芯片：NE555 一片 74LS161 一片 74LS138 两片 74LS00 一片 74LS20 两片3.6 结果3.6.1 仿真结果 在软件Multisim中编入电路图，仿真测试显示电路可以按照设计要求正常工作。3.6.2 实际电路制作结果 规范按照电路板焊接要求，依据总体电路图，焊接出实体电路。经测试，电路可以正常工作。第4章 课程设计体会这次课程设计终于顺利完成，在设计中遇到了很多问题，通过查找资料，请教同学与老师，反复试验验证，都一一解决。在这一过程中学到了很多东西，得到了很大的提高。深刻体会到数电课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决问题，锻炼动手操作能力的重要环节。这次课程设计让我巩固了以前所学的理论知识，因为选题很贴近我们熟悉的电路逻辑理论，所选芯片也是我们常见的，所以让我对基础知识有了更透彻的理解。并对总体电路图能够清晰的分析。实物电路的焊接也使我有了很好的锻炼动手能力机会。通过焊接电路，对电路原理有了进一步熟悉。积累了自己的焊接经验。比如芯片的管脚焊接，排线的合理布线，焊点的牢固和美观。课程设计报告是我第一次做规范的长篇word文档，制作之前，参阅了相关书籍，学习了有关视频。在实际操作中也学到了许多，在制作文档方面有了一定的提高。同时还学习了画图仿真软件Multisim。能够顺利画出电路原理图，并进