电子技术课程设计

1、raame薈湖南文理学院课程设计报告莇课程名称：电子技术课程设计肃教学院部:羈专业班级:羇学生姓名:膄指导教师:芁完成时间:蚁报告成绩： 薄评阅意见:目录蚆一、引言 3袃袀二、设计题目 3莀蒆三、设计任务与要求 3羄芃四、方案选择与论证 3蝿膆五、单元电路设计 4羆 1 、脉冲发生器莁 2 、定时器艿 3、控制器羇 4、译码器螃 5 、交通信号灯螄蚈六、总电路图及其原理说明 9蚇袄七、仿真过程与效果分析 11袂莂八、实验仪器设备及元器件清单 12莈羆九、心得体会与总结 13螁十、参考文献 13袆一、引言：袃 数字电路技术基础是高等学校弱点类各专业的一门重要的技术基础课程。这 门课程发展迅速、实

2、用性和应用性强，侧重于逻辑行为的认知和验证。聿 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三 者关系的协调，已经成为交通管理部门亟待需要解决的问题之一。城市交通控制系 统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统， 它是现代化城市交通监测指挥系统中最重要的组成部分。荿同时也随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京、长 沙等大城市都出现了交通超负荷运行的情况。因此，自 80 年代后期这些城市纷纷 修建城市高速公路， 在高速公路建成完成的初期， 它们也曾有效地改善了交通状况。 然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制

3、，高速道路没有 充分发挥预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的 交通道路必然受高速与普通道路耦合处交通住哪个科的制约。所以，如何采用合适 的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建高速道路，缓解主干道与匝道、城区同 周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的问 题。为此，本次设计完成的就是交通灯设计。以下就是城乡交通灯控制系统的电路 原理图、设计计算和实验调试等问题来具体分析讨论。蚃二、设计题目：羂交通灯控制器设计蒈三、设计任务与要求：袅设计一个十字路口的交通信号灯控制器， 控制 A、B 两条交叉道路上的车辆通行， 具体要求如下：蚅(1)每条道

4、路设一组信号灯，每组信号灯有红、绿、黄三个灯组成，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。肀(2) 要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25 秒；羈 (3) 每次交换通行车道之前，要求黄灯先亮 5 秒，才能变换运行车道；(4)黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次螆四、方案选择与论证： 蒂 1 ）电源提供方案蚁为使模块稳定工作，须有可靠电源，我们考虑了两种电源方案莆 方案一： 采用独立的稳压电源，此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供 选用；缺点是各模块都采用独立，会使系统复杂，且可能影响电路电平。薃

5、方案二： 采用单片机控制模块提供电源，改方案的优点是系统简明扼要。节约成本； 缺点是输出功率不高。薁综上所述，我们选择第二种方案。肁2 ） 显示界面方案肇该系统要求完成倒计时、状态灯等功能，基于上述原因，我们考虑了三种方案；薅方案一：完全采用数码管显示，这种方案只显示有限的符号和数码字符，无法胜任题目要求。羃方案二：完全采用点阵式 LED 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作,但功能强大，可方便的显示各种英文字符、汉字、图形等。蒀方案三：采用数码管与点阵 LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等。为方便观看并考虑到现实情况测探数码管与 LED 灯分别显

6、示时间与提示信息， 这种方案既满足系统功能要求， 又减少了系统实现的复杂度。 权 衡利弊。第三种方案可互补一二方案的公优缺， 我们决定采用方案三以实现系统的显 示功能。袇蚆 3 ）输入方案：肂 题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理，我们讨论了两种方案：衿 方案一： 采用 8155 扩展 I/O 口及键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活可 编程，并且有RAM及计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口，但操作起来稍显复杂。薇方案二：直接在 I/O 口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用四个按键，分别是K1、K2、K3 K4。由于I/O 口就可实现

7、，且本该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的 身的计数器及 RAM已经够用，估选择方案二。蒄五、单元设计荿(1)脉冲发生器莈脉冲信号发生器用的是555定时器构成多谐振荡器，振荡频率为:蒅 F=1.43/(R1+2R2)C薂电路图如下图1：轉躲冲产牛器.iu?BESETvoc2TRIGDISCEG7THOLD13OUTCVOLT51imilJ肇图1薆(2)定时器蚁定时器由与系统秒脉冲(由时钟脉冲产生器提供)同步的计数器构成，要求计数器在状态信号 ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，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TY和模25的定时信号TL蒁 计数器

8、选用集成电路 74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步 计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图如图 2所示, 其功能表如表1所示。图2中CR是低电平有效的同步清零输入端，LD是咼电平有效才同步并行置数控制端， CTP、CTT是交通灯的ASM图数控制端，CO是进 位输出端，DOD3是并行数据输入端， Q0Q3是数据输出端。由两片 74LS163 级联组成的定时器电路如图 3所示。1 *i -11;J H)74LSI63cm cr dn CTCPtCPDoEh2 Q)aQi0XXXtXXXX000010XX*didb 66bdi曲4b11!1tXX

9、XX计ik110X1XXXX11X0X其XXXfiA蒅賺（3）控制器芀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 1所示。选用两个 D触发 器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为 TL和TY , 当控制器处于 Q1 n+1Q0n+1 = 00状态时，如果TL = 0，则控制器保持在 00状态； 如果，则控制器转换到 Q1 n+1Q0n+1 = 01状态。这两种情况与条件 TY无关，所 以用无关项X表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。0? Q(5 Q 4Q Q龙 Qj

10、Qoco Q? Qi Qj QqCTp1 CTp74LSlti374LSld3ClyCTtCR a C8 DDiDaCR 人 C3 D2D1D0：3 Q? -1 0定时髀电餾斜蒆图3定时器电路图芄表2 控制器状态转换表匚次态状咅转整倍号Q卢0Tl TyQ 严10*1St00QXG000G1X0110IX0Gi00i生1111110X11011I基!0110X010010X1001腿 根据表2可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1 n+1、QOn+1和ST为1的项所对应的输入或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：Q严* Q；Q

11、：兀+石Qrl=Q? :匚 +Q?Q? + QrQJT? ft nh沪Qi Q血+ Qi厲写+ Q?Q和+ Q Q。 莅螁根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数,将触发器的现态值（）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即可实现 控制器的功能。控制器的逻辑图如图4所示。图中R、C构成上电复位电路 。74LS153芆图4控制器逻辑图莇(4)译码器肃译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系羈羇表3控制器的状态编码与信号灯控制信号关系AO AY ARBGBYB

12、R001 Q 00 Q I010 1 00 0 I100 0 11 0 01i0 0 10 1 0羅图5 交通信号灯图（六个发光二极管，注意二极管的极性。）蕿六、总电路图及其原理说明:袈交通灯控制系统的原理图如图6所示。它主要有控制器、定时器、译码器和脉冲信号发生器等部分组成。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，译码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6中：莅TL:表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1,否则，TL=0.螁TY:表示黄灯亮的时间间隔

13、为 5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。莇ST :表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定 时器开始下个工作状态的定时。羆 两方向车道的交通灯的运行状态共有四种（因人行道的交通灯和车道的交通灯 是同步的，所以不考虑），如图6所示袄蒂设计原理与参考电路：1.2 .莈分析系统的逻辑功能，画出其框图T图6系统逻辑框图节交通灯控制系统的原理框图如图7所示。它主要由控制器、定时器、译码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，译码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

14、译码器的工作。图7中：葿 TL:表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。蒇TY :表示黄灯亮的时间间隔为 5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。蚃 ST:表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制 定时器开始下个工作状态的定时。羃薅图7交通灯控制系统原理框图肂 2 .画出交通灯控制器的ASM （Algorithmic State Machine ，算法状态机）螃（1 ）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号 ST，转到下

15、一工作状态。芈（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道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，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时,控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。羈（3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号 ST,转到下一工作状态。螅(4)甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔 TY时，控制器发出状态转换信号 ST，系统又转换到第(1) 种工作状态。腿

16、交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10,并分别用SO、S1、S3、S2表示，则控制器的工作 状态及功能如表4所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简 便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：莀肆芅羀腿膄蚄蚀膈薇肄表4控制器工作状态及功能蒀控制状态芀信号灯 状态蚅车道运行状态蒃 S0 （ 00）賺甲绿，乙 红肇甲车道通行，乙车道禁止通 行肇 S1 （ 01）羂甲黄，乙 红羁甲车道缓行，乙车道禁止通 行膈 S3 (11)膆甲红，乙 绿蚆甲车道禁止通行，甲车道通 行蚂S2 (10)膀甲红，乙 黄芄甲车道禁止通

17、行，甲车道缓 行肅电路的AG=1 :甲车道绿灯亮；BG=1 :乙车道绿灯亮;蒂AY=1 :甲车道黄灯亮；BY=1 :乙车道黄灯亮；羇AR=1 :甲车道红灯亮；BY=1 :乙车道红灯亮；蚇由此得到交通灯的 ASM图，如表四所示。设控制器的初始状态为SO （用状态框表示SO），当SO的持续时间小于25秒时，TL=O （用判断框表示 TL），控制器保 持SO不变。只有当SO的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号 ST （用条件输出框表示 ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。蒄七、仿真过程与效果分析6只信号灯（实验时用发膂1 设计、组装译码器电路，其

18、输出接甲、乙车道上的 光二极管代替），验证电路的逻辑功能。聿2 设计、组装秒脉冲产生电路得出时序波形图vr* Tn袄图8 时序波形图Q0、 Q1、袃3组装、调试定时电路。当CP信号为1Hz正方波时，画出 CPQ2、Q3 Q4 TL.、TY的波形，并注意它们之间一的时序关系。肀4 组装、调试控制器电路。腿5 完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。莃蚃袇芆表5交通灯校验时间表螂南北东西时间(S)1 ijjtrfctr J10000025010001400110000101 10罿八、实验仪器设备及兀器件清单莄 1.数字电路实验箱膂 2. 集成电路 74LS74 1 片，74LS10 1 片，74LS00 2 片，74LS153 2 片，74LS163 3 片，N555 1 片袀3.电阻47KQ 2个1K Q 1个羀4.电容 10F0.01F 1F 0.1F 各一个螇5.其它发光二极管6个袅九、实验心得与体会经过这次课程设计，让我明白了“知识就是力量”这一深刻的道理。同时，此 次设计加强了我的动手、思考和解决问题的能力。对电路原理图画法和连接及芯片 的选择上也懂得了不少。巩固了数字逻辑电路的理