数字电路课程设计.doc

交通灯控制器指导老师：XX设计人员： XX学号：XXXXXXXXX班级：XXX设计日期：XXXX目录1、设计任务书12、设计框图及整机概述23.1 倒数计数器33.2 控制电路43.3 没有接时钟和LED的时候的总电路53.4 时钟电路63.5 总电路图74、调试过程及结果分析85、设计安装及调试过程中的体会86、总结87、附录91、设计任务书设计一个十字路口控制交通秩序的交通灯，满足以下条件：显示顺序为其中一组方向是绿、黄、红；另一方向是红、绿、黄。数码管以倒计时的方式显示语序通行或禁止通行时间。自己产生1Hz信号。 东西、南北双向通路的红、绿、黄灯控制；东西向主通路的倒计时显示。选做：当任何一个方向出现特殊情况，按下手动开关，其中一个方向通行，倒计时停止，当特殊情况结束后，按下自动控制开关恢复正常状态。（2）方案要求（可选）：此电路为十字路口交通灯控制电路，要求东西向和南北向不能同时出现绿（黄）灯，发生“撞车”现象。即当某一方向为绿灯或黄灯时，另一方向必为红灯。东西向主通路有倒计时显示。设计时序如下：R30sY5sG20s东西向G25sY5sR25s南北向0任务：红绿灯计时器一、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；二、南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；三、南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；四、南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮；2、设计框图及整机概述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。数码管显示显示数码管显示显示 计数器 计数器计数器门控 时间信号红绿灯的转换十字路口交通示意图南北方向绿灯亮25秒的同时东西方向红灯30秒，随后黄灯亮5秒，红灯亮25秒的一个红绿灯控制器。3、各单元电路的设计方案及原理说明3.1 倒数计数器 2个10进制计数器进行数字显示倒数3.2 控制电路 主控电路是本课题的核心，主要产生30s、5s、25s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种态：主红灯和支绿等亮，支干道通行，启动25s定时器，状态为001；主红灯和支黄灯亮，主干道停车，启动5s定时器， 状态为010；主黄灯和支红灯亮，支干道停车，启动5s定时器，状态为011；主绿灯和支红灯亮，主干道通行，启动20s定时器，状态为100。控制电路图如下：3.3 没有接时钟和LED的时候的总电路这里的74LS161接成一个四进制的计数器。倒数计时器每次倒数回到零时通过一个与门和一个或门使74LS161的时钟跳转为高电平，获得一个上升沿，或门的另一端是当计数器由29跳转到4时输出一个高电平，因为控制电路有4种态：主红灯和支绿等亮，支干道通行，启动25s定时器主红灯和支黄灯亮，主干道停车，启动5s定时器主黄灯和支红灯亮，支干道停车，启动5s定时器主绿灯和支红灯亮，主干道通行，启动20s定时器主干道的计时器是30s,5s,20s，所以在计数器由29跳转到4时使74LS161获得一个高电平并且进行对计数器的置数。当计时器为001和010时为倒数30秒计时，计数器为011时进行5秒倒计时，计数器为100时进行20秒倒计时。3.4 时钟电路 本设计的电路由于对时钟的准确性要求不是很高，故不采用晶振，采用由555为主要器件的多谐振荡器。 电源接通后，UCC通过电阻向电容充电。电容上的电压按指数规律上升，当达到一定电压时，因Uc与阀值输入端TH相连，使比较器1输出翻转，输出电压为0，同时放电管导通放电，达到一定值时，比较器2工作，输出电压变高电平。这样周而复始，形成震荡。多谐振荡器的震荡周期为 T=0.7(R1+2R2)C这里的电容取10u，则电阻RI与R2分别取100k和21k，当然仍然需要接个电位器来替代一般的电阻，这样才能获得较准确的脉冲频率。3.5 总电路图主干道为红、黄、绿的顺序依次亮，而支干道则为绿、黄、红的顺序依次亮。主干道： 红 状态001和010 黄 状态011 绿 状态100支干道： 绿 状态001 黄 状态010 红 状态011和1004、调试过程及结果分析 在整个设计与调试的过程中，曾出现了很多的问题与偏差。比如说未连接保护电阻使灯烧坏，灯不亮或者在刚开始的时候只亮一个绿灯或红灯，还有数码跳变出现乱码。再经过反复检查电路是否有连接错误，是否有短路，焊点间是否有错误连接，还有对坏的芯片的及时更换，以及与同宿舍的同学共同探讨，电路只能计数，灯不能跳变。另外连接电路时粗心把计数器的个位和十位接反了。焊接完成以后，就对时基电路进行测量，发出输出的脉冲不符合要求，直接的反映就是计数器几乎在同一时间，计入两个脉冲。从万用表可以看出，脉冲信号在很短的时间内，有两次跳跃，也就是出现了两次上升沿。为此，接入一个缓冲器，即非门，来调整波形，输出就满足要求。 控制电路焊接比较成功，没有出现焊锡短接的现象，一开始，就能按我原本的设想那样工作。至于显示电路，由于绿灯的要求比较高，而我将它与红灯一样考虑，相对比较暗，但是还是可以接受，所以就没有改动。5、设计安装及调试过程中的体会在上学期上数字电路课程以及数字电路实验课程的时候，对各类芯片的了解与掌握并不是很好。特别是上实验课的时候，都是根据老师提供的引脚图而进行连接芯片的。而通过这一次的课程设计，不但使我对各类芯片的功能及工作原理的认识有了进一步的提高，而且加强了我的动手能力，与错误检测的水平。此次课程设计实验还是我明白了一个道理，那就是有很多事情是看似简单做起来难。事情的成败与否，往往就是一个小细节所决定的，比如说我在连电路的时候，有一条线因为绝缘层烧坏而短路，导致灯不亮。而且需要注意的是电脑上的仿真软件与实际的实验是有细小差别的，有的芯片的管脚是要接地的，而在仿真软件上则不用。6、总结 首先，由于考虑不周全，采用按顺序数上去，不太符合生活习惯。在验收时，老师就指出了我的错误，并给予了建议。虽然该设计能实现我预期的功能，由于上述原因，也就大打折扣。通过这次课程设计，使我对电路设计的流程有比较清晰的了解，也对其中应该注意的问题有所了解，也纠正了我以前的一些错误的看法。比如我以前认为芯片越少，焊接就越容易。其实不然，还要考虑元件相互间的联系程度，由于采用单面板，在线相互交叉，最后只能用跳线，致使板面不美观，同时也降低了抗干扰能力。电路的设计不是一件简单的事情，需要有严格的逻辑过程和计算过程，同时需要考虑的各种要素，都不能想当然的就下结论。同时也了解到认识元件的重要性，了解稳定和成本这两者之间复杂的构成因素和联系。 数字电路课程设计使我们同学们对数字电路这门课有了进一步的了解与认识，不但提高了同学们的动手实践水平，还使我们对电路设计软件的使用变得更加熟练，为我们今后的学习打下了良好的基础。通过此次课程设计，还是我对本专业有了