华北电力大学 电子技术综合实验1

课程设计（综合实验）报告（2010—2011年度第一学期）名称：电子技术综合实验题目：交通信号灯控制电路院系：电气与电子工程学院班级：学号：学生姓名：指导教师：董宏伟设计周数：一周成绩：日期：2011年1月11日《电子技术》综合实验任务书一、 目的与要求目的1.1课程设计是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要内容、步骤和方法。3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。要求2.1能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。2.5学会撰写课程设计总结报告。2.6通过课程设计，逐步形成严肃认真、一统不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。2.7在课程设计过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。二、 主要内容共有8个既有学习价值乂有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。移位寄存器型彩灯控制器智力竞赛抢答器电子拔河游戏机交通信号灯控制器数字电子钟电子密码锁电子秒表数字电子钟（硬件）三、进度计划序号设计（实验）内容完成时间备注1设计内容讲解、学习资料查找方法半天2发放材料、清点材料、熟悉各种元器件半天3查找资料、设计电路、绘制总体电路草图1天4电路组装并调试或在MultisimJt绘制电路图、仿真并调试2天5验收、撰写实验报告1天四、设计（实验）成果要求学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择,确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。五、考核方式综合以下指标评定课程设计总成绩：优、良、中、及格和不及格。设计方案的正确性与合理性；实验动手能力（安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等）;总结报告；答辩情况（课题的论述和回答问题的情况）；设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。学生姓名：指导教师:年月日《电子技术》综合实验总结报告在经济飞速发展的今天，城乡交通自动指挥系统显得越来越重要。为了确保行人和各种车辆的运行安全，保证正常的交通秩序，应对十字路II的红绿灯进行自动控制。同时，这也是城市管理自动化的重要课题。一、 交通信号灯控制器设计目的与要求在一个具有主、支干道的十字路II,设计一个交通灯自动控制装置。红灯亮表示该桥道路禁止通行，黄灯亮作为过度，以使行使中的车辆有时间到禁止线以外，绿灯亮表示该桥道路允许通行。具体要求如下：（1） 主干道经常通行；（2） 支干道有车才通行；（3） 主、支干道均有车时，两者交替通行，并要求主干道每次至少放行30秒，支干道每次最多放行20秒；采用传感器分别监测主、支干道是否有车，有车时向主控制器发出信号，实验中用逻辑开关代替；（4） 每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5秒，此时原红灯不变：（5） 设计5秒、20秒、30秒计时的译码显示电路，每秒改变依次显示数字，可以采用正计时，也可用倒计时；（6） 当任意一条路上出现特殊情况时，如消防车、救护车等其他需要优先放行的车辆时，各方向上均为红灯，计时停止。当特殊状态运行结束后，控制器恢复原来的状态，继续正常运行。用逻辑开关模拟个方向有无车辆的情况。二、 交通信号灯控制器设计与实现整个交通信号灯控制器由以下几个部分组成：交通灯状态控制及驱动电路，秒脉冲发生电路，定时及倒计时显示电路，特殊状态控制电路，交通灯及数码显示管组成1、交通灯状态控制电路交通灯亮起的状态一共有四个，即主路绿灯支路红灯（编码00）,主路黄灯支路红灯（编码01）,主路红灯支路绿灯（编码10），主路红灯支路绿灯（11）。根据电路的实际要求，电路应实现自动循环，即主路放行30s,支路放行20so在这其中，我们首先没有考虑特殊情况的存在，根据实际情况,我们可以列出状态电路的真值表如卜.：电路状态主干道各灯情况支干道各灯情况QiQo红灯R黄灯Y绿灯G红灯r黄灯y绿灯g00001100010101001010000111100010根据真值表可以求出驱动信号如下：R=Q2Y=Q<*QigQLQi'i=Q5y=Q?*Qig=Q2*Qi-为了增强带负载的能力，我们将RYG和iyg信号都经非运算后再接入实际显示电路。转置后表达式不再列出。状态计数是一个比较简单的问题，为了减少电路的故障概率，我们使用集成计数芯片74LS191来完成。74LS191是四位二进制可逆计数器，正好满足我们的需求。同时，该芯片可以完成置数功能，因此也可完成特殊状态转换方式。关于显示部分，我们使用了小灯泡来代替实际的红绿灯。我们做出的电路如卜：图中，我们使用了总线来减少连线的数量，这样还可以是电路图美观且一目了然。在此需要特殊说明的是，这个灯组电路只是正常循环中（00—一01一一10一一11一一00）中的灯组电路。如果加入特殊情况，我们还做了修改，将在特殊状态电路部分列出。2、秒脉冲发生电路考虑到实际应用，我们使用555定时芯片，做出方波发生器如下图:电路输出的非门是为了增强带负载的能力而设计的。特殊状态卜的方波控制将在最后列出。3、定时及倒计时显示电路电路在循环中是需要倒数计时来控制灯组电路的状态改变的。而在不同的状态改变中，我们需要的倒数计时是不同的。如绿灯为维持30s或20s,黄灯为5s,红灯和绿灯的情况相同。这也需要不同的初值来实现不同的倒计时。为了简化电路和保证可靠性，我们仅使用一组倒计时电路，而通过3组可控置数电路来对该倒计时电路实现3组置数,倒计时我们使用了74LS190,该芯片为十进制可逆可置数计数器。使用2片相同的芯片，并使用同步级联扩展方式来完成倒计时。而置数的选通功能由74LS245完成。该门在使能端的控制卜.可以实现置数或不置数。因而使用3组置数电路可•以大大简化倒计时电路的规模并显著提高可靠性。倒计时中，如果没有到达00秒，计数应该被保持。到达00时，首先应形成一个脉冲使灯组状态发生变化，然后使得置数芯片完成切换，并同时置数开始下一次倒计时。此时也应该使置数功能失效。因此，为了达到以上目的，我们使用了RS锁存器以完成该目的。队物搠信号

队物搠信号同样的，为了简化电路，我们对置数电路的控制信号、数据传输都使用了总线。4、特殊状态控制电路为了实现电路在某一状态完成不断循环，我们选择了将该状态不断置入灯组状态控制电路的方法。使用这种方法简单易行，工作可靠。类似的，我们仍旧使用74LS245芯片完成预置数，并用总线送至74LS191芯片完成状态保持。但是这种方法并不适用于最后一种特殊情况，即各路交通灯全为红灯，同时技术停止。为了实现该功能，我们仅仅需要在每一路灯的驱动线路上加一个非门或与非门，并在正常时给高电平，紧急时给低电平以完成控制，这个方法也适用于计时电路的暂停。这类似于三态门的控制。5、交通灯及显示数码管仿真中，交通灯使用有色小灯泡代替。数码显示用8421BCD数码管。这样，我们就完成了各个部分的设计。经过不断地整合和调试，我们完成了整个电路，并使之正常运行。电路运行环境为MultisnnvlO.lo三、交通信号灯控制器设计总结和结论1、 总体上来说，本次试验设计是比较成功的。2、 在设计过程中，涉及到了组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计过程。灯组状态属于组合逻辑电路设计的范畴，而计数定时部分是时序逻辑电路。在灯组设计中，只需要将真值表列出后化简即可■得到各灯的驱动信号，这是比较简单的。而在定时的逻辑电路中，首先需要将两个74LS190同步级联扩展成100进制计数器，然后通过进位输出端来控制置位并置数，这样就可以完成30s,20s,5s的定时和倒计时。将各位信号输出后，就可以显示在8421BCD数码管中。3、 在设计置位信号时，我们遇到了不少麻烦。首先是无法保持计数状态，通过仔细思考我们使用了RS触发器，但是还是不能正常保持。后来经过分析，发现时因为RS触发器输出的电平和芯片要求的刚好相反，于是我们加上一个非门就解决了问题。4、 在定时电路选择上，我们没有选择使用多个定时电路，而是使用了拥有三态门功能的74LS245o这个芯片是在网上查找资料后最终决定选择的。这不仅使电路的得到了化简，而且也使电路的可靠性提升了许多。5、 当完成了灯组状态控制电路和定时电路后，我们将其整合在一起，并将定时电路产生的状态信号当作CP用在灯组状态控制电路的191芯片上。然后将灯的变化特征信号连回74LS245上控制置数来完成置数。经过调试，这两部分可•以很好的配合工作。这说明如果不考虑特殊信号，电路可以完成自动定时和自动变灯功能。6、 最开始我们使用的是190的异步级联方式，这就不可避免的使电路产生问题。最显著的是当倒计时记到10变09时，会产生一个错误的置数信号而无法继续计数。经过分析，是10和09之间短暂的不同步的00信号造成了这个问题。改成同步级联后，问题解决。7、 考虑到特殊状态时，我们也遇到了不小的麻烦。最初我们想使用另一套组合逻辑电路来直接控制灯，并同时用三态门切断原有控制电路的信号。这样的话比较复杂。后来我们利用74LS245的置数三态门特性来实现74LS191置数，进而完成状态的保持。这点和上面是一样的。8、 最后一个特殊状态的改变我们就在每一路上接入非门或与非门，一般下给高电平，不加控制，特殊状态时用低电平来强制控制灯的亮灭，同时暂停秒脉冲发生器。这样就完整的实现了所有特殊状态的控制。9、 在电路调试中，我们发现单独设计好的各个电路部分如果复制到主电路中，是不能正常工作的。这就使我们必须在主电路中重新连接各个部分。这也使我们浪费了不少时间。10、 设计中，新的芯片功能如果不是很清楚的话，会导致电路设计上的弯路。我们就犯了这类错误。在以后的设计中，我一定会注意这点的。11、 电路线路的布置上，如果能恰当的使用总线，会使电路外型上得到适当的化简，并使电路的工作稳定性得到保证。在此次电路设计中，我们使用了不少的总线，使电路简化了不少。也使电路的修改变得容易不少。结论1、 电路分块设计，联合调试的方法可以提高设