数字电路课程设计A课程报告

1、数字电路课程设计A 课程报告 班 级：信息工程类四班 姓 名： 学 号： 同组人： 目 录交通灯逻辑控制电路设计1、 内容摘要3二、设计内容及要求5三、电路设计总方案及原理框图6四、各个单元电路的工作原理图1、前半部分控制设计92、后半部分数字显示设计（本人重点设计）125、 安装调试13六成功的实物实例14小电路：运算并显示电路1、 实验内容152、 实验元器件153、 实验原理154、 安装调试165、 成功实物16实验总结及心得17参考文献18交通灯逻辑控制电路设计2、 内容摘要 我们通过理解分析交通灯的逻辑控制要求，可以知道整个系统可以由脉冲信号发生器、触发器、计数器、译码器、数码管、

2、各种门电路等构成。其中，用555定时器构成周期为1s的多谐振荡器；再用74LS74触发器构成二进制计数器，进行二分频，使周期为2s；接着用74LS164组成扭环形12进制计数器，其输出作为红黄绿灯电路的输入，通过列真值表得到各自灯的控制信号，再用74LS168、CC4511、数码管和门电路对交通灯进行计数显示。控制电路是系统的主要部分，由他控制定时计数电路和信号灯电路的工作能够实现交通灯状态的自动转换。二、设计内容及要求南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮(5t)南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮(1t)南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮(5t)南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮(1t)1满足图1-1顺序工作流

3、程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。它们的工作方式有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄红灯亮。 图1-12应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图1-2所示。图1-2中，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时

4、间之和。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6NSGNSYNSREWREWGEWYt5t6tt 图1-2交通灯顺序工作流程图3 十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某数，然后以每秒减1计数方式方式工作，直至减到绿灯灭为止；当黄灯亮时，置显示器为某数，然后以每秒减1计数方式方式工作，直至减到黄灯灭为止；当红灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式方式工作，直至减到红灯灭为止。例如：假设每个单位时间为3秒，当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为14，并使数显计数器开始减“1”计数。

5、当减到绿灯灭而黄灯亮时，数显的值应从00跳回到02，黄灯计数，当数显值从2跳到0时，此时黄灯灭。而南北方向的红灯亮；数显的值应从00跳回到17，红灯计数减“1”计数，当减到红灯灭时数显为00。同时，东西方向的绿灯亮，并置东西方向开始计数。三、电路设计总方案及原理框图1、为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制电路的系统框图如图1-3所示： 图1-3交通灯控制系统框图2、 由分析可知，其原理图应如图1-4所示系统控制电路手动、单步分频时标1东西方向 EW南北方向

6、NSG Y RG Y R图1-4交通灯原理框图3、 由抽象到具体，根据上面的系统图、原理图以及对交通灯设计要求的思考，我们具体的操作芯片管脚图如图1-5所示4、 各个单元电路的工作原理图1、 时标电路 时标电路即是用555定时器构成周期为1s的多谐振荡器。由已学过的数字电路知识，我们可以知T=(R1+2R2)CIn2，使T=1s，可以用两个5.1k欧姆的电阻、一个0.1uf的电容、一个0.01uf的电容和555芯片构成。具体引脚图如如图1-6所示 图1-6时标脉冲产生单路图1-5具体的操作芯片管脚图2、 分频电路由于实际中交通灯的单位时间不能太短，否则时间过短不利于实际过马路动作，所以我们需要

7、把脉冲的单位时间改成2s。利用74Ls74进行二分频。具体了解芯片的作用及管脚，并设计分频如图1-7所示的分频电路。 图1-73、在前面的基础上，产生了脉冲并调整脉冲了的单位时间。接下来便是用74LS168变成十二进制的扭环形计数器，连接交通灯，使灯按要求的顺序亮灭。由亮灭要求及如图1-2的交通灯的工作顺序流图（1）我们可以得到如图1-8的真值表。（2）由1-8的真值表我们，可以得到东西和南北方向红黄绿灯各自的表达式。如图1-9所示  南北方向东西方向红 黄 绿 图1-9各交通灯的表达式T 计 数 器 输 出南 北 方 向东 西 方 向Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5NSG NSY

8、 NSREWG EWY EWR 00 0 0 0 0 01 0 00 0 111 0 0 0 0 01 0 00 0 121 1 0 0 0 01 0 00 0 131 1 1 0 0 01 0 00 0 141 1 1 1 0 01 0 00 0 151 1 1 1 1 00 00 0 161 1 1 1 1 10 0 11 0 070 1 1 1 1 10 0 11 0 080 0 1 1 1 10 0 11 0 090 0 0 1 1 10 0 11 0 0100 0 0 0 1 10 0 11 0 0110 0 0 0 0 10 0 10 0图1-8真值表由此交通灯前半部分控制电路则完

9、成，如图1-10所示图1-10前半部分交通灯控制图u 以下部分为本人着重设计部分4、 交通灯后半部分数字显示电路（1）后半部分具体要求根据实情况，十字路口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们直观把握时间。我们需要设计：当东西红灯亮时，就产生一个信号使东西方向作减法计数，从11计数到00；当绿灯亮时，就从09计数到00；当黄灯亮时，就从01计数到00。再用CC4511和数码管连接，使用计数器的输出与CC4511输入相连，驱动数码显示，同时我们需要两片CC4511与两片数码管，分别控制，作为数字显示的十位与个位。而这时候计数用的脉冲式1s周期的脉冲。并且由74ls168功能表的介绍确定了自己的方案

10、，如图1-11图1-11 74ls168功能表（2）两个方案的对比根据74ls168的功能，我做了如下两个方案。方案一：用两片74ls168构成的计数器与门电路相连接，再分别与东西方向的绿灯与红灯连接，然后用CC4511译码，两片分别与两片数码管连接，使倒计时数字显示。其电路图如下如图1-12所示 图1-12方案一方案二：用两片74ls168构成的计数器与门电路相连接，再分别与东西方向的红灯与黄灯连接，然后用CC4511译码，两片分别与两片数码管连接，使倒计时数字显示。其具体电路如图1-13所示图1-13方案二v 方案一与方案二在整体的设计上都是差不多的，都是严格根据交通灯的设计要求以及芯片的

11、功能来设计。v 两者所用的元器件，以及布线的难易程度也是一样的v 两种方案唯一的差别就是：方案一中第一片74ls168接东西方向的绿灯，第二片74ls168接东西方向的红灯；而方案二中，第一片74ls168接东西方向红灯，第二片74ls168接东西方向的黄灯。最终确定：经过反复的推敲思考以及实验的验证，我们首先采用了方案一，在确保其他部分都正常，并无出现布线连接的常识性的错误时，实验结果是计时器比实际灯亮慢一秒，计时器是在灯亮之后才开始工作，而不是和灯同时工作的，有延迟的现象。在失败之后，我尝试了第二中方案，仍旧是在确保其他部分与方案一无差，就只是两片74ls168分别连接的灯不一样，这个时候

12、，就达到了我们需要实现的实验现象，倒计时成功。五、安装调试（1） 主要仪器仪表根据上述的设计方案，我们可以确定了此次交通灯逻辑控制所需要的元器件以及需使用的器材有：555 一片、电容 两个、电阻 两个、74ls74 一片、74ls168 74ls04 74ls08 74ls32各一片、74ls168 两片、CC4511 两片、数码管 两片、导线若干、剪刀、万用表、AEDK-labDEC型数字电路试验箱等工具。（2） 调试的方法和技巧：步步为营，一步一步检查调试，直至成功。a、 在用555产生脉冲短路部分，输出接入电路实验箱，看是否脉冲为1sb、 在二分频部分，输出接入电路实验箱，看此时脉冲是否

13、为2sc、 在前面部分都没问题，则观察在通电的情况下，交通灯亮的顺序是否是根据交通灯顺序流程图的情况产生的。d、 确保交通灯亮的顺序正常之后，需要观察交通灯的亮灭和数码管对应的计时是否准确。（3） 调试中的故障及解决调试过程中，往往是挫折多多的。在确保设计方案没有错误的情况下，大错误没有，但小错误是不断的。例如：a、线路接触不良，可能就是接连过程中没有连好，应该插入点在710mm之间，布线尽量紧贴面包板，课减少接触不良的问题；b、连接短路接错问题常有，这个时候就应该提醒自己强调哪些孔是相当于一样的点的，具体的连线应该连哪里；c、还有可能及时门电路的连接出错，管脚图一不留神就连错了，输入与输出接

14、反就会导致失败，本次在后半部分中，或门的输入输出弄错了就失败了；d、计时数码管，观察时应等到归零时再开始e、电源正极接红线，负极接黑线，其余接黄线。便于检查错误。六、成功的实物实例 在设计、布板、调试、完善几个环节结束之后，我们得到了属于团队的成功，并有如图1-14的实物图为证。 图1-14 成功实物图小电路：运算并显示电路1、 电路内容：已知X是3位二进制数（其值小于等于5），实验Y=3X,并用7段数码管进行显示。2、 实验元器件：74ls283 两片、74ls08 一片、 CC4511 两片、数码管 两片、导线若干3、 实验原理74ls283是4位二进制全加器，第一片中利用八个输入的连接，

15、使A1接B2，A2接B3，A3接B4，并让A4和B1都接零，使其达到效果。再让他们的累加和分别接入第二片74ls283芯片中，假如其结果需要进位，则需要加0110，其中11不是直接接电源的正，而是第一片74ls283的高两位的累加和的经过与门之后的输出，这样就保证了需要进位时是11，不需要时是00。接着用CC4511进行译码，两片分别控制数码管的十位和个位，这部分与交通灯的后半部分译码显示的电路是差不多的。调试过程中，以A1、A2、A3为输入，从000到101，并观察数码管的显示，是否是是输入的3倍。其具体的电路设计如图1-15所示3、 安装并调试 按照设计电路进行布线，细心检查连线有没有错。

16、逐步检查电路，检查布线的细节及注意事项，大致与交通灯逻辑控制电路应该注意的布线细节相同。调试时输入接入电路实验箱，与数码管显示应该呈现如下图1-16的关系 输入 数码管显 示数字 A3 A2 A1 0 0 0 0 0 0 1 3 0 1 0 6 0 1 1 9 1 0 0 12 1 0 1 15图1-16调试对应关系4、 成功实验实物 在自己的设计、布局、布线、调试、完善等环节之后，电路成功的实现了Y=3X的功能。其实物图如1-17所示 图1-17 成功实物图实验总结及心得体会： 通过此次数电课程设计，我了解到这是是一门理论与实践密切相关的学科，用理论去开始实践，在实践中进一步加强理论。但是实践过程不是一帆风顺的，总有大大小小的问题出现，形成拦路虎。线路不通运用逻辑笔去检查导线是否可用，检查布线的问题芯片损坏运用芯片检测仪器检测芯片是否正常可用以及它的类型；等等其他问题。电路布线复杂应该再想办法用简单的思路完成。 此次课设有团队合作，也有独立完成环节。在团队中要集思广益，独立时也要进行头脑风暴。因此得出了以下教训：1、当实验