数电设计报告模板.doc

课 程 设 计 课程名称 数字电子技术课程设计 题目名称 交通灯控制电路设计 学生学院 物理与光电工程学院 专业班级2014级电子科学与技术01班 学 号 3114008397 学生姓名 阿地力麦麦提 指导教师 20016年6 月 28 日交通灯控制电路设计1设计目的：1.掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。 2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。2设计任务和要求：1.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。2.当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。3.主支干道交替允许通行，主干道每次放行30s、支干道20s。设计30s和20s计时显示电路。4.在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，设置5s计时显示电路。3原理电路和程序设计：实现上述任务的控制器整体结构如图4计时器时钟信号主 控 制 器译码驱动电路主干道信号灯支干道信号灯L、S、P图4交通灯控制器结构图1）主控制器主控电路是本课题的核心，主要产生30s、20s、5s三个定时信号，它的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路启动。主控电路属于时序逻辑电路，可采用状态机的方法进行设计。主干道和支干道各自的三种灯（红、黄、绿），正常工作时，只有4种可能，即4种状态：主绿灯和支红等亮，主干道通行，启动30s定时器，状态为S0；主黄灯和支红灯亮，主干道停车，启动5s定时器， 状态为S1；主红灯和支绿灯亮，支干道通行，启动20s定时器，状态为S2；主红灯和支黄灯亮，支干道停车，启动5s定时器，状态为S3。四种状态的转换关系如图5： 主绿灯支红灯亮主黄灯支红灯亮主红灯支绿灯亮主红灯支黄灯亮已过5sS0S1S2S3未过30s已过30s已过20s未过20ss未过5s未过5s已过5s图5交通灯控制状态转换图2） 译码驱动电路(1)信号灯译码电路主控器的四种状态分别要控制主、支干道红黄绿灯的亮与灭。令灯亮为“1”，灯灭为“0”，主干道红黄绿等分别为R、Y、G，支干道红黄绿等分别为r、y、g，则信号灯译码电路真值表为方案一：若选集成计数器74163，74163是一个具有同步清零、同步置数、可保持状态不变的4位二进制同步加法计数器。表1-1是它的状态表。表1-1 74163的状态表CLRLOADENPENTCLKA B D CQA QB QC QD0XXXXX X X X0 0 0 0 1000POSX X X XA B C D1111POSX X X XCount111XXX X X XQA0 QB0 QC0 QD011X1XX X X XQA0 QB0 QC0 QD0设状态编码为：S0=0000S1=0001S2=0010 S3=0011，则其状态表为：表1-2 状态编码与信号灯关系表QD QC QB QAGYRgyr0 0 0 01000010 0 0 10100010 0 1 00011000 0 1 1001010电路接法如下：方案二：若选JK触发器，设状态编码为：S0=00S1=01S2=11 S3=10，其输出为Q1 Q0，则其状态表为：表1-3 状态编码与信号灯关系表输入输出Q2Q1RYGryg00001100010101001010001011100001电路接法如下：对方案一和方案二进行比较，发现方案二无论是从原理还是从接法画线上，都是比较简单易懂，工作效率高，而且不容易出错。所以信号灯译码电路选择方案二的接法，即用JK触发器进行信号灯的转换。(2)计时显示译码电路十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。 计数器选用集成电路74190进行设计较简便。74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。表1-4 74190的状态表 CTEND/UCLKLOADA B C DQA QB QC QD0XX0X X X XLoad01POS1X X X XCount Down00POS1X X X XCount Up1XXXX X X XNo Change现选用两个74190芯片级联成一个从可任意设定时间0099倒计至00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片的借位端接在十位数74190芯片的CLK端，当个位数减到0时，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1。信号LD由两芯片借位端用与非门连起来，决定倒计时是置数，还是计数。工作开始时，LD为0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。3)时钟信号发生器电路产生秒信号的电路有多种形式。下图是利用555定时器构成的占空比为q=2/3的多谐振荡器。根据占空比表达式可知：q=(R1+R2)/(R1+2R2)=2/3 得到R1=R2，又由振荡周期表达式可知：T=(R1+2R2)Cln2=1 若取C=10uF，则代入上式可得：3R1Cln2=1所以 R1=R2=48k 选用两只47k与一只2k可调电阻串联就得到图2所示的电路。 设计的多谐振荡器4)黄灯闪烁控制要求黄灯每秒闪一次，即黄灯0.5秒亮，0.5秒灭，故用信号源输出的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连进来，再接到黄灯。整个交通灯控制系统的布局交通灯完整电路图4电路和程序调试过程与结果:1. 为了简化电路使画图看起来更加清晰，所以直接用软件里的信号源代替555多谢振荡电路，同时也省略了74LS48芯片。模拟输出界面2.点击启动按钮，便可以进行交通灯控制系统的仿真。电路数完20秒后便进入状态主干道路灯亮，支干道红灯亮，时间显示器从预置的30秒，以每秒减1，减到数00时主干道路灯变黄灯，时间显示器倒数5秒后主干道由黄灯变红灯，支干道由红灯变路灯，时间显示器倒数20秒，如此循环下去。5心得体会：通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。这次课程设计可谓是困难重重，路途坎坷，特别是做实物时出现很多问题，花了很多的时间,但学到了很多东西。做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍,增强了自己对知识的理解,真正把所学的知识用在实际问题上。在课程设计的过程中,我想了很多种方案,对同一个问题都想了很多种不同的接法,争取想出最简单的方案。方案出来后在焊接的过程中也问题多多，最严重的就是虽然在仿真软件上没有问题，但焊出来后却不能运行，无奈的再修改方案。这次课程设计之后,使我明白了,世界上没有平坦的路，再遇到困难时不能气馁，相信暴风雨过后必有彩虹。课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去。同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力。附表 元件清单Part TypeDesignatorFootprint0.01uC1RAD0.110uC2POLAR0.6LED-RD1SIP2LED-YD2SIP2LED-GD3SIP2LED-RD4SIP2LED-YD5SIP2LED-GD6SIP2LED-BCDLDE1DIP-10LED-BCDLED2DIP-1047kR1AXIAL0.32kR2VR147kR