数电设计报告模板

课课 程程 设设 计计 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 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交通灯控制电路设计 1 1 设计目的 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 2 设计任务和要求 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 3 原理电路和程序设计 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 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 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 QD 0XXXXX X X X0 0 0 0 1000POSX X X XA B C D 1111POSX X X XCount 111XXX X X XQA0 QB0 QC0 QD0 11X1XX X X XQA0 QB0 QC0 QD0 设状态编码为 S0 0000 S1 0001 S2 0010 S3 0011 则其状态表为 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 5s S0 S1 S2 S3 未过 30s 已过 30s 已过 20s 未过 20s s 未 过 5s 未 过 5s 已过 5s 表 1 2 状态编码与信号灯关系表 QD QC QB QAGYRgyr 0 0 0 0100001 0 0 0 1010001 0 0 1 0001100 0 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 00 S1 01 S2 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 Q2Q1RYGryg 00001100 01010100 10100010 11100001 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 QD 0XX0X X X XLoad 01POS1X X X XCount Down 00POS1X X X XCount Up 1XXXX 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 00 99 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 4 电路和程序调试过程与结果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 5 心得体会 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 附表附表 元件清单元件清单 PartPart TypeTypeDesignatorDesignatorFootprintFootprint 0 01u0 01uC1C1RAD0 1RAD0 1 10u10uC2C2POLAR0 6POLAR0 6 LED RLED RD1D1SIP2SIP2 LED YLED YD2D2SIP2SIP2 LED GLED GD3D3SIP2SIP2 LED RLED RD4D4SIP2SIP2 LED YLED YD5D5SIP2SIP2 LED GLED GD6D6SIP2SIP2 LED BCDLED BCDLDE1LDE1DIP 10DIP 10 LED BCDLED BCDLED2LED2DIP 10DIP 10 47k47kR1R1AXIAL0 3AXIAL0 3 2k2kR2R2VR1VR1 47k47kR3R3AXIAL0 3AXIAL0 3 1k1kR4R4AXIAL0 3AXIAL0 3 1k1kR5R5AXIAL0 3AXIAL0 3 74LS4874LS48U1U1DIP 14DIP 14 74LS4874LS48U2U2DIP 14DIP 14 74LS19074L