电子技术综合训练.doc

电子技术综合训练设计报告题目： 交通信号灯控制器制作 姓名： 刘凤飞 学号： 09220302 班级： 自动化(3) 同组成员： 施海刚 周启林 指导教师： 马洪飞 日期： 2012/1/9 一、内容摘要： 在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口交通管理的自动化。本仿真是采用Multisim10的新产品具有庞大的元器件模拟参数库和齐全的仪器仪表库。学习该软件的使用除了可以提高仿真能力，综合能力和设计能力外，还可以进一步提高实践能力。关键字：秒脉冲，移位寄存器，五进制的计数器，Multisim目 录一、设计任务及要求1二、系统设计3三、单元电路的设计33.1、脉冲发生器的设计33.2、控制电路的设计5四、设计总电路图9五、主要仪器及其使用方法10六、设计过程中的问题及解决方案10七.参考文献11八、心得体会11九、附录12一、设计内容及要求：设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：1、每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿三个灯组成，绿灯表示允许通行，红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆停止通行；2、每条道路上每次通行的时间为25S；3、每次变换通行车道之前，要求黄灯先亮5S，才能变换通行车道；4、黄灯亮时，要求每秒钟闪烁一次。5、电源：220V/50HZ的工频交流电供电；（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）6、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。7、总设计原理：（定时器秒脉冲发生器甲车道信号灯 TL 控制器乙车道信号灯 图1 交通灯控制系统原理框图1）分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，控制器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中： TL表示模为5的计数器；（2）画出交通灯控制系统的ASM（算法状态机）图一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1： 表1控制器状态信号灯状态车道运行状态S0(11)S1(01)S3(00)S2(00)甲绿，乙红甲黄，乙红甲红，乙绿甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行甲车道缓行，乙车道禁止通行甲车道禁止通行，乙车道通行甲车道禁止通行，乙车道缓行（3）单元电路的设计定时器定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号ST作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY74LS90是二五十进制异步计数器，你要做八进制的就先把7490接成十进制的（CP1与Q0接，以CP0做输入，Q3做输出就是十进制的），然后用异步置数跳过一个状态达到八进制计数 以从000计到111为例先接成加法计数状态，在输出为1000时（既Q4为高电平时）把Q4输出接到R01和R02脚上（即异步置0），此时当计数到1000时则立刻置0，从新从0开始计数1000的状态为瞬态 状态转化图中是0000到0111是有效状态，1000是瞬态，跳转从这个状态跳回到0000状态控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表2所示： 表2输 入输 出现 态状态转换条件次 态状态转换信号Q5 Q4TLQ5 Q4Dsa=Dsr0 00 00 00 00 00 00 11 11 11 11 11 00 001111111111110 00 00 00 00 00 11 11 11 11 11 00 00 00111110000011移位寄存器器移位寄存器主要任务是控制那个灯亮的输出Q4、Q5的每种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。其中移位寄存器的移位控制端是由一位中的Q5二系统设计十字路口的红绿灯指挥着各种车辆的安全通行。每边都设置了红绿黄信号灯，红灯亮表示进制通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时和红灯变绿灯时要求黄灯亮几秒钟，以便让停在停车线以外的车辆停止运行。交通灯是城市交通中不可缺少的重要工具，是城市交通秩序的重要保障。本实例就是实现一个常见的十字路通灯功能。读者通过学习这个交通灯控制器，可以实现一个更加完整的交通灯。例如实现实时配置各种灯的时间，手动控制各个灯的状态等。一个十字路口的交通一般分为两个方向，每个方向具有红灯、绿灯和黄灯3种，另外每个方向还具有左转灯，因此每个方向具有4个灯。这个交通灯还为每一个灯的状态设计了倒计时数码管显示功能。可以为每一个灯的状态设置一个初始值，灯状态改变后，开始按照这个初始值倒计时。倒计时归零后，灯的状态将会改变至下一个状态。值得注意的是，交通灯两个方向的灯的状态是相关的。也就是说，每个方向的灯的状态影响着另外一个方向的灯的状态，这样才能够协调两个方向的车流。如果每个方向的灯是独立变化的，那么交通灯就没有了意义。三、单元电路的设计：3.1 秒脉冲产生电路秒脉冲电路是由一片555芯片、参数为100uf和10nf的电容、参数为4.7k和4.7k的电阻组成的。将555芯片按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生周期不同的脉冲信号，即不同的频率的脉冲。本次课程设计需要以秒为单位的脉冲信号，因此利用参数为100uf和10nf的2个电容，与参数为4.7的2个电阻按图3构成电路。 脉冲周期T=0.7(4.7k+2*4.7k) 100u，约等于1s，从而实现秒脉冲。 图1555定时器的工作原理555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图如图所示。它的功能表见表。555定时器有二个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三个5kW电阻组成的分压器，由此可以获得 和 两个分压值，一般称为阈值。555定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。555定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。由图1不难证明表的正确性，表中第一行说明555定时器的清零作用。4脚加入低电平，将对RS触发器直接置“0”。 图2得555定时器电路框图当TH高触发端6脚加入的电平大于1/3u，TL低触发端2脚的电平大于2/3U时，比较器A1输出高电平，比较器A2输出低电平，触发器置“0”，放电管饱和，7脚为低电平。 当TH高触发端加入的电平小于 ，TL低触发端的电平大于 时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出低电平，触发器状态不变，仍维持前一行的电路状态，输出低电平，放电管饱和，7脚为低电平。 当TH高触发端6脚加入的电平小于 ，TL低触发端的电平小于 时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出高电平，触发器置“1”，输出高电平，放电管截止，7脚为高电平。因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。 当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。 由电路框图和功能表可以得出如下结论： 1555定时器有两个阈值，分别是6和2。2输出端3脚和放电端7脚的状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接 有上拉电阻时，7脚为低电平。输出高电平对应放电管截止，在有上拉电阻时，7脚为高电平。 3输出与触发输入反相。 掌握这三条，对分析555定时器组成的电路十分有利。3.2控制电路74LS90是二五十进制异步计数器，你要做八进制的就先把7490接成十进制的（CP1与Q0接，以CP0做输入，Q3做输出就是十进制的），然后用异步置数跳过一个状态达到五进制计数 LS90 可以获得对称的十分频计数，办法是将QD 输出接到A 输入端，并把输入计数脉冲加到B 输入端，在QA 输出端处产生对称的十分频方波。真值表： Reset Inputs复位输入 输出 R0(1) R0(2) R9(1) R9(2) QD QC QB QA H H L X L L L L H H X L L L L L X X H H H L LH X L X L COUNT COUNT COUNT COUNT L X L X L X X L X L L X H=高电平 L=低电平 =不定BCD 计数顺序（注1） Count 输出 QD QC QB QA 0 L L L L 1 L L L H 2 L L H L 3 L L H H 4 L H L L 5 L H L H 6 L H H L 7 L H H H 8 H L L L 9 H L L H 5-2 进制计数顺序（注2） Count 输出 QA QD QC QB 0 L L L L 1 L L L H 2 L L H L 3 L L H H 4 L H L L 5 H L L L 6 H L L H 7 H L H L 8 H L H H 9 H H L L 注1：对于BCD（十进）计数，输出QA 连到输入B 计数注2：对于5-2 进制计数，输出QD 连到输入A 计数 图1 74LS90引脚图图2 74LS90逻辑图建议操作条件： 符号参数最小典型最大单位VCC电源电压4.7555.25VVIH输入高电平电压2-VVIL输入低电平电压-0.8VIOH高电平输出电流-0.4mAIOL低电平输出电流-8mAfCLK时钟频率A to QA0-32MHzB to QB0-16fCLK时钟频率A to QA0-20MHzB to QB0-10tW脉冲宽度A15-nsB30-Reset15-tW脉冲宽度A25-nsB50-Reset25-tREL重置发布时间25-nstREL重置发布时间35-nsTA工作温度0-70Note 5: CL = 15 pF, RL = 2 kW, TA = 25 and VCC = 5VNote 6: CL = 50 pF, RL = 2 kW, TA = 25 and VCC = 5V以从000计到111为例先接成加法计数状态，在输出为1000时（既Q4为高电平时）把Q4输出接到R01和R02脚上（即异步置0），此时当计数到0101时则立刻置0，从新从0开始计数0101的状态为瞬态 状态转化图中是0000到0100是有效状态，0101是瞬态，跳转从这个状态跳回到0000状态74LS164是低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件，74LS164 是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。电源电压 7V 输入电压 5.5V 工作环境温度54164 -55125 74164 -070 储存温度 -65150真值表 H高电平 L低电平 X任意电平低到高电平跳变 QA0,QB0,QH0 规定的稳态条件建立前的电平QAn,QGn 时钟最近时的前的电平时序图两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。在此控制器中的移位输入端是由Q5控制的，即与Q5的输出相反，使得不同的数进行移位。时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据输入端（DSA和 DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度，此时钟是由74LS90控制的，因为74LS90是一个模为5的计数器，所以当有五个脉冲信号通过时，就会相应的输出一个脉冲信号，此时74LS164就会进行相应的移位，以此来控制6个灯泡。清零端要输入高电平，因为它是在低电平下工作的。四、总设计电路图 图9五 主要仪器及其使用方法芯片：555芯片一片；74LS164一片；74LS90一片；74LS04一片；74LS08两片；74LS32一片；电容：100u一个；10n一个；电阻：4.7k两个；其他：发光二极管六个；导线若干；铜版一块。主要仪器有：稳定电源，剥线钳，数字万用表，数字通用版，电烙铁，镊子。其中稳定电源由手机电池充电器供给。使用电烙铁时注意不要手直接触摸。六 设计过程中的问题及解决方案 1、画好电路图，我用的是Multisim 仿真,便于观察结果与出错原因,其中也出现了不少问题. （1）元件的虚接有些器件我是直接把其引脚放在线上,所以出现了显示灰色信号,开始一直没有发现,用了很长时间才解决问题（）芯片使用时设计错了逻辑 我的74LS164的数据弄错了高低,所以导致一直是0-4跑的现象,也就是说St信号一直为低电平。2、焊电路板过程中的问题（1）第一次焊的时候，接地与接高电平都因为其中有铜线,导致我在这些位置浪费了很多时间,而且板子也焊得不好看.（2）我开始用的是74LS04与74LS06的非门与与非门，电路总是出现问题，所以后来改用了74LS00与74KLS02（3）事先要把线路图整理清楚，焊的板子才会脉络清晰，检查错误也比较方便，外观也比较美观。（4）我最后加了一个复位器，因为74LS74容易受到干扰，不能自动复位。七、参考资料八、心得体会 1.我不是一个很细心的人，所以在焊接的时候，很容易犯错，但是由于我是一个个模块进行检验再接着下一个模块，所以，最后检察问题时，没有那么迷惘。可能在这方面的能力仍然有待进步，所以我花费的时间比别人的多，而且最后出现的问题实在自己无法解决，还找了同学帮忙，但是，我一直一个人坚持到了最后，一直在发现问题，解决问题，到最后，虽然分数不大理想，但是我对自己的态度还是很肯定的。 对于这一次的收获，首先是自己独立处理这类设计的精神，其次仍然是自己发现问题解决问题的能力有所提升。还有就是对自己细心程度的提升。2、通过这次课程设计的实践，加强了我动手、思考和解决实际问题的能力。在整个设计过程中，我前后想过几个方案，前几个方案花了一段时间，结果不是实现不了题目的要