課程設(shè)計交通燈設(shè)計報告

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 報 告</p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱: </p><p>　　2012年07月12日</p><p>　學(xué)生姓名:學(xué) 號：</p><p>　學(xué) 院:電氣工程學(xué)院</p><p>　班 級:電自1012</p>

2、<p>　題 目:電子工藝實習(xí)——交通燈控制器的設(shè)計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄I</b></p><p><b>　　一、設(shè)計要求1</b></p><p>　　二、設(shè)計原理及框圖1</p>

3、;<p><b>　　三、器件說明2</b></p><p>　　3.1 原件清單2</p><p>　　3.2 各原件功能3</p><p>　　3.2.1 74LS1903</p><p>　　3.2.2 74LS473</p><p>　　3.2.3 555定時器4

4、</p><p>　　3.2.4 74LS1395</p><p><b>　　四、設(shè)計過程6</b></p><p>　　4.1 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器6</p><p>　　4.2 74LS190N計數(shù)器構(gòu)成的25進制計數(shù)器6</p><p>　　4.3 用74LS47N顯示譯碼

5、器構(gòu)成時間顯示電路7</p><p>　　4.4 信號燈控制電路8</p><p>　　4.5 交通燈顯示電路12</p><p>　　4.6 特殊情況處理電路13</p><p><b>　　五、電路總圖14</b></p><p>　　六、仿真與調(diào)試15</p>&l

6、t;p>　　七、設(shè)計體會及收獲15</p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　一、設(shè)計要求</b></p><p>　　（1）在十字路口的兩個方向上各設(shè)一組紅燈、綠燈、黃燈，顯示順序為：其中一個方向是綠燈、黃燈、紅燈，另一個方向是紅燈、黃燈、綠燈。</p><

7、;p>　?。?）設(shè)置一組數(shù)碼管，以倒計時的方式顯示允許通行或禁止通行的時間，其中綠燈、黃燈、紅燈的持續(xù)時間分別為20s、5s、25s。</p><p>　　（3）當(dāng)各條路中任意一條上出現(xiàn)特殊情況，例如有消防車、救護車或其他需要優(yōu)先放行的車輛時，各方向上均是紅燈亮，倒計時停止，且顯示數(shù)字在閃爍。當(dāng)特殊運行狀態(tài)結(jié)束后，控制器恢復(fù)原來狀態(tài)，繼續(xù)正常運行。</p><p><b>

8、　　二、設(shè)計原理及框圖</b></p><p>　　電路主要由時鐘電路、顯示電路、交通燈控制電路和特殊情況處理四大部分構(gòu)成。</p><p>　　其中時鐘電路主要由555定時器和74LS190十進制可逆計數(shù)器實現(xiàn)。利用555定時器和電阻、電容構(gòu)成多諧振蕩器，用來產(chǎn)生秒脈沖，利用此脈沖信號觸發(fā)74LS190計數(shù)，從而達到計時的效果。</p><p>　　顯

9、示電路由74LS47顯示譯碼管和數(shù)碼管組成。74LS47的輸入端與71LS190的輸出端相連，輸出端與數(shù)碼管的引腳相連，用來將計數(shù)器的狀態(tài)顯示出來。</p><p>　　交通燈控制電路主要由74LS73（JK觸發(fā)器）和74LS139構(gòu)成。到指定時間，利用一些邏輯運算，通過門電路產(chǎn)生脈沖觸發(fā)JK觸發(fā)器，使74LS139的輸入發(fā)生變化，相應(yīng)的輸出也發(fā)生變化，從而使交通燈的狀態(tài)發(fā)生變化。</p><

10、p>　　特殊情況控制電路，分為兩部分，一部分為控制顯示時間的數(shù)碼管閃爍，通過開關(guān)連接脈沖來控制數(shù)碼顯示管的共極來實現(xiàn)，另一部分為控制信號燈的紅燈一直亮，通過開關(guān)和或門、與門來實現(xiàn)。</p><p><b>　　設(shè)計框圖如圖1。</b></p><p>　　圖1 交通信號燈設(shè)計框圖</p><p><b>　　三、器件說明<

11、/b></p><p><b>　　3.1 原件清單</b></p><p>　　電路原件清單見表1。</p><p><b>　　表1 元器件清單</b></p><p><b>　　3.2 各原件功能</b></p><p>　　3.2.1 7

12、4LS190</p><p><b>　?。?）引腳排列圖</b></p><p>　　74LS190的引腳排列圖如圖2。</p><p>　　圖2 74LS190引腳排列圖</p><p><b>　?。?）功能表</b></p><p>　　74LS190功能表如表2。&

13、lt;/p><p>　　表2 74LS190功能表</p><p>　　3.2.2 74LS47</p><p><b>　?。?）引腳排列圖</b></p><p>　　圖3 74LS190引腳排列圖</p><p><b>　?。?）功能表</b></p>&l

14、t;p>　　表3 74LS47功能表</p><p>　　3.2.3 555定時器</p><p><b>　?。?）引腳排列圖</b></p><p>　　圖4 555定時器引腳排列圖</p><p><b>　　（2）功能表</b></p><p>　　表4 555

15、定時器功能表</p><p>　　3.2.4 74LS139</p><p><b>　　（1）引腳排列圖</b></p><p>　　圖5 74LS139引腳排列圖</p><p><b>　?。?）功能表</b></p><p>　　表5 74LS139功能表</p

16、><p><b>　　四、設(shè)計過程</b></p><p>　　4.1 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　圖6 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　如圖6所示為555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，C1為0.01，若C2取0.5，取R1=1KΩ,R2=12KΩ,依據(jù)公式周期,計算出振蕩周期T。</

17、p><p>　　4.2 74LS190N計數(shù)器構(gòu)成的25進制計數(shù)器</p><p>　　圖7 25進制計數(shù)器</p><p>　　計數(shù)器電路如圖7所示。</p><p>　　74LS190為十進制可逆計數(shù)器，當(dāng)5號引腳接低電平時為加法計數(shù)器，接高電平時為減法計數(shù)器，我們這里采用減法計數(shù)器。欲構(gòu)成25進制計數(shù)器需要兩片74190級聯(lián)，低位的CLK引

18、腳與多諧振蕩器的輸出端相連，進位端與高位的CLK引腳相連。當(dāng)?shù)臀挥?減到0時，觸發(fā)高位，使高位減1。因為74LS190預(yù)置數(shù)方式為異步，故想要從25計數(shù)到0，需要到99時置數(shù)為25。故只需將高位的QD通過非門連接到兩片74190的置數(shù)端。</p><p>　　4.3 用74LS47N顯示譯碼器構(gòu)成時間顯示電路</p><p>　　圖8 由數(shù)碼管構(gòu)成的顯示電路</p><

19、p>　　顯示電路如圖8所示。</p><p>　　74LS74為驅(qū)動器，用來驅(qū)動共陽數(shù)碼管。兩片74LS74的輸入端分別與71LS190的輸出端相連，輸出端與數(shù)碼管相連，構(gòu)成顯示電路，用來顯示倒計時時間。</p><p>　　4.4 信號燈控制電路</p><p>　　圖9 信號燈控制電路</p><p>　　控制電路如圖9所示。<

20、;/p><p>　　4078為8輸入或非門。其引腳連接如表6所示。4078的真值表如表7。</p><p>　　表6 4078引腳連接圖</p><p>　　表7 4708真值表</p><p>　　由表7可知只有當(dāng)時間到00時，4078的輸出才會有變化，由1變到0，即產(chǎn)生一個下降沿脈沖。</p><p>　　4072為4

21、輸入或門。其引腳連接如圖10所示。4078的真值表如表8。</p><p>　　圖10 4072引腳連接示意圖</p><p>　　表8 4072電路真值表</p><p>　　由表8可知只有當(dāng)時間到05時，4072的輸出才會有變化，由1變到0，即產(chǎn)生一個下降沿脈沖。</p><p>　　綜上，通過該部分電路可以實現(xiàn)在一個計時周期內(nèi)，在05和

22、00秒時，會產(chǎn)生脈沖，從而達到控制信號燈按指定時間變化的目的。故74LS139電路的真值表如表9。</p><p>　　表9 74LS139電路真值表</p><p>　　4.5 交通燈顯示電路</p><p>　　交通燈顯示電路如圖11（a）（b）（c）所示。時間和對應(yīng)兩個方向信號燈的狀態(tài)如表10所示。</p><p>　　圖11（a） 交

23、通燈顯示電路——東西方向紅燈亮</p><p>　　圖11（b） 交通燈顯示電路——東西方向黃燈亮</p><p>　　圖11（a） 交通燈顯示電路——東西方向綠燈亮</p><p>　　表10 信號燈狀態(tài)變化表</p><p>　　4.6 特殊情況處理電路</p><p>　　當(dāng)發(fā)生特殊情況，手動閉合開關(guān)（在mult

24、isim中將兩個開關(guān)設(shè)為同一個快捷鍵space，達到同時控制兩個開關(guān)的效果），兩個方向（東西和南北）紅燈同時亮起，數(shù)碼顯示管數(shù)字停留在當(dāng)前時間并不斷閃爍，同時蜂鳴器發(fā)出警示聲。斷開開關(guān)后，恢復(fù)正常情況，倒計時接著之前的時間繼續(xù)。</p><p>　　實現(xiàn)數(shù)碼管閃爍的電路如圖12所示，控制兩方向紅燈同時亮和蜂鳴器的電路如圖13所示。</p><p>　　圖12 特殊情況控制數(shù)碼管閃爍電路

25、圖13 特殊情況控制信號燈和蜂鳴器電路</p><p><b>　　五、電路總圖</b></p><p><b>　　圖14 電路總圖</b></p><p><b>　　六、仿真與調(diào)試</b></p><p>　　問題一：蜂鳴器連接后不能正常工作。</p>&

26、lt;p>　　問題原因：Multisim中蜂鳴器默認(rèn)電壓為9V，而電路中的電壓為5V。</p><p>　　解決方案：將蜂鳴器電壓改為5V后，蜂鳴器即能正常工作。</p><p>　　問題二：74LS190置數(shù)時無法顯示數(shù)字00。</p><p>　　問題原因：74LS190為十進制異步可逆計數(shù)器。</p><p>　　解決方案：欲使從

27、25計數(shù)到00，而且00能夠正常顯示，需要到99時將其置數(shù)到25。</p><p>　　問題三：多諧振蕩器周期與計算值不一致。</p><p>　　問題原因：Multisim中的時間與實際時間不一致。</p><p>　　解決方案：1.修改仿真軟件中的交互式仿真設(shè)置中的最大時間步長；</p><p>　　2.修改多諧振蕩器的參數(shù)，使在仿真時看

28、上去時間接近1秒。</p><p>　　問題四：如何同時控制兩個開關(guān)。</p><p>　　解決方案：在Multisim中，每個開關(guān)都對應(yīng)有“Key=…”的標(biāo)識，經(jīng)過嘗試發(fā)現(xiàn)這就是開關(guān)對應(yīng)的快捷鍵。要想同時控制兩個或者多個開關(guān)，只需將這兩個開關(guān)的快捷鍵設(shè)為相同的就可以了。本設(shè)計中將兩個開關(guān)的快捷鍵都設(shè)為空格鍵（Key=space）。</p><p><b>

29、;　　七、設(shè)計體會及收獲</b></p><p>　　通過將近三周的課程設(shè)計，讓我受益匪淺。從整個問題的邏輯分析、電路圖的設(shè)計、電路仿真調(diào)試一直到最后設(shè)計報告的撰寫，每個環(huán)節(jié)都有很多收獲和心得，大致概括如下：</p><p>　　1. 進一步理解了計數(shù)器同步和異步兩種置數(shù)方法的區(qū)別。</p><p>　　之前學(xué)習(xí)過程中只是知道計數(shù)器有同步和異步之分，但一

30、直使用的都是74LS161等同步計數(shù)器，沒有注意到同步與異步的區(qū)別。而在本次設(shè)計中為了方便的構(gòu)成25進制計數(shù)器，我們使用的74LS190是異步計數(shù)器，在設(shè)計剛開始時，就遇到了一個問題，到00時置數(shù)到25，但是00卻不能正常顯示出來。后來，通過請教老師、上網(wǎng)查資料終于明白了異步與同步計數(shù)器的區(qū)別。</p><p>　　2. 明白了設(shè)計中最重要的是思想和邏輯關(guān)系。</p><p>　　設(shè)計中從

31、時鐘電路入手，時鐘電路比較順利的完成后，便陷入了困境，不知道該如何通過時鐘電路來控制信號燈在指定時間變化。于是，我們開始研究相應(yīng)的時間（25秒、5秒、0秒）對應(yīng)數(shù)字的特點。經(jīng)過一個中午兩個多小時的研究，終于發(fā)現(xiàn)了其特點，縷清楚了其邏輯關(guān)系，之后很快就實現(xiàn)了時鐘電路對信號燈的控制。</p><p>　　3. 設(shè)計中考慮不夠全面，調(diào)試在過程中不斷發(fā)現(xiàn)低級錯誤。</p><p>　　最初設(shè)計過程

32、中考慮的不全面，比如，在設(shè)計特殊情況下讓紅燈一直亮的時候，開始忘了控制讓綠燈和黃燈滅，雖然紅燈能夠一直亮，但是出現(xiàn)了某個方向紅燈和綠燈或者紅燈和黃燈同時亮的情況。仿真中看到次情況后才恍然大悟，在處理這種情況時，不僅要控制讓紅燈亮，還要控制讓黃燈和綠燈滅。也意識到自己的設(shè)計水平還很有限，總會出一些低級錯誤。</p><p>　　4. 提高了設(shè)計報告的排版水平。</p><p>　　在寫報告過

33、程中，發(fā)現(xiàn)自己寫完的初稿看上去很不美觀，于是上網(wǎng)找了一些資料，學(xué)習(xí)了一些排版注意事項和相應(yīng)的技巧，也了解了一些排版要求，如：圖表都要編號，表的編號要放到表格上邊，圖的編號要放到圖的下邊；表格內(nèi)容的字體要比正文字體小一號；盡量做到表不跨頁；不要因為插入圖片導(dǎo)致上一頁下邊有大片的空白等。</p><p>　　總之，通過本次課程設(shè)計，我認(rèn)為我學(xué)到了很多之前在課本上沒有學(xué)到的知識，而且我相信有些東西也是課本上學(xué)不來的。通

34、過這次設(shè)計，把我們所學(xué)到的知識應(yīng)用到實際，提高了學(xué)以致用的能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 韓學(xué)軍. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：中國電力出版社，2005.</p><p>　　[2] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，2003.</p><p>　　[3]