課程設計---交通燈邏輯電路設計

1、<p><b>　　本科生課程設計</b></p><p>　　題 目： 交通燈邏輯電路設計 </p><p>　　課 程： 數(shù)字電子技術基礎 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　《數(shù)字電子技術基礎》課程設計

2、任務書</p><p><b>　　一、課程設計的目的</b></p><p>　　本課程是在學完《數(shù)字電子技術基礎》、《數(shù)字電子技術實驗》之后，集中一周時間，進行的復雜程度較高、綜合性較強的設計課題的實踐環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的： </p><p>　　使學生進一步掌握數(shù)字電子技術的理論知識，培養(yǎng)學生工程設計能力和綜合分析問題、

3、解決問題的能力； </p><p>　　使學生基本掌握常用電子電路的一般設計方法，提高電子電路的設計和實驗能力； </p><p>　　熟悉并學會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎。</p><p><b>　　二、課程設計的要求</b></p><p>　　設計時要綜合考慮實用、經(jīng)濟并滿足性能指標要

4、求；</p><p>　　必須獨立完成設計課題； </p><p><b>　　合理選用元器件； </b></p><p>　　按時完成設計任務并提交設計報告。 </p><p><b>　　三、設計題目及內(nèi)容</b></p><p><b>　　交通信號燈控制器&

5、lt;/b></p><p>　?。?）設計計時顯示電路(減“1”計數(shù))</p><p>　?。?）南北、東西方向綠、黃、紅燈亮時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。黃燈是間歇閃耀 </p><p>　?。?）可以手動調(diào)整夜間為黃燈閃耀</p><p><b>　　六 、器件與器材</b></p&

6、gt;<p>　　1、 二輸入四與非門 74LS00</p><p>　　2、 四輸入雙與非門 74LS20</p><p>　　3、 六倒相器 74LS04</p><p>　　4、 八輸入與非門 74LS30</p><p>　　5

7、、 正沿雙D觸發(fā)器 74LS74</p><p>　　6、 3線-8線譯碼器 74LS138</p><p>　　7、 可逆移位寄存器 74LS194</p><p>　　8、 同步十進制可逆加、減計數(shù)器 (8421 BCD碼) 74L

8、S192</p><p>　　9、同步十進制加法計數(shù)器 74LS160</p><p>　　10、振蕩分頻器 CD4060</p><p>　　11、BCD七段顯示譯碼器 74LS48</p><p>　　12、雙四選一數(shù)據(jù)選擇器

9、 74LS153</p><p>　　13、八線驅(qū)動器 74LS244</p><p>　　14、555定時器 555</p><p>　　15、LED共陰七段數(shù)碼管 BS207</p><p>　

10、　16、石英晶體(4M、2 M、32768 HZ)</p><p>　　17、微動開關、撥盤開關、繼電器、LED(紅、綠、藍)、電阻、電容、二極管、三極管、光敏二、三極管、導線……等。</p><p>　　22、工具(鑷子、剪刀、萬用表、電烙鐵……)</p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　

11、1、“模擬電子技術基礎”和“數(shù)字電子技術基礎”教材；</p><p>　　2、有關“電子技術課程設計指導書”；</p><p>　　3、“集成電路特性應用手冊”；</p><p><b>　　EDA技術使用教程</b></p><p><b>　　其他。</b></p><p&g

12、t;　　九、設計總結報告主要內(nèi)容</p><p><b>　　任務及要求；</b></p><p><b>　　方案特點；</b></p><p>　　各組成部分及工作原理(應結合框圖寫)；</p><p>　　單元電路設計與調(diào)試；</p><p><b>　　總邏

13、輯圖；</b></p><p><b>　　總裝配圖；</b></p><p><b>　　實驗仿真結果；</b></p><p>　　實驗結果分析(畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析)；</p><p>　　調(diào)試中出現(xiàn)問題的解決；</p><p>　　10、

14、改進意見及收獲體會等。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設計任務及要求…………….………………………………………….….….（7）</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設計方案………………………………………….………….……(9)</p><p>　　2.1 總體設計方案</p

15、><p><b>　　2.2 方案特點</b></p><p>　　3 控制電路設計…………………………………………...…………………（10）</p><p>　　3.1 控制電路工作原理</p><p><b>　　3.2 參數(shù)計算</b></p><p><b>

16、　　3.3 器件選型</b></p><p>　　4 振蕩電路設計…………………………………………...…………………（11）</p><p>　　4.1 振蕩電路工作原理</p><p><b>　　4.2 參數(shù)計算</b></p><p><b>　　4.3 器件選型</b><

17、/p><p>　　5 計數(shù)電路設計…………………………………………...…………………（11）</p><p>　　5.1 計數(shù)電路工作原理</p><p><b>　　5.2 參數(shù)計算</b></p><p><b>　　5.3 器件選型</b></p><p>　　6 譯碼顯

18、示電路設計……………………………………...…………………（11）</p><p>　　6.1 譯碼顯示電路工作原理</p><p><b>　　6.2 參數(shù)計算</b></p><p><b>　　6.3 器件選型</b></p><p>　　7 系統(tǒng)總體電路設計……………………………………...

19、…………………（12）</p><p>　　7.1 系統(tǒng)總體電路</p><p><b>　　7.2 電路說明</b></p><p>　　8 電路調(diào)試………………………………………………...…………………（14）</p><p>　　8.1 振蕩電路調(diào)試及實驗結果分析</p><p>　　8

20、.2 計數(shù)電路調(diào)試及實驗結果分析</p><p>　　8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實驗結果分析</p><p>　　8.4 控制電路調(diào)試及實驗結果分析</p><p>　　8.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實驗結果分析</p><p>　　9 改進意見及收獲體會…………………………………...…………………（14）</p><p>　　

21、10 器件明細清單…………………………………………...…………………（15）</p><p>　　參考文獻……………………………………….……………………………….（16）</p><p><b>　　1設計任務及要求</b></p><p>　　（1）、設計計時顯示電路(減“1”計數(shù))</p><p>　?。?）、南

22、北、東西方向綠、黃、紅燈亮時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。黃燈是間歇閃耀</p><p>　?。?）、可以手動調(diào)整夜間為黃燈閃耀</p><p>　　設計一個十字路口交通信號燈控制器，其要求如下：</p><p>　　1.滿足如圖1.1順序的工作流程</p><p>　　圖中設南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NS

23、G，東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWG。它們的工作方式，有些必須是并行進行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。</p><p>　　圖1.1 交通燈順序工作流程圖</p><p>　　2. 應滿足兩個方向的工作時序：即東西方向亮紅燈時間應等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向

24、亮紅燈時間應等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。時序工作流程圖見圖1.2所示。</p><p>　　圖1.2中，假設每個單位時間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。其中紅燈亮的時間為綠燈、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃耀。</p><p>　　圖1.2 交通燈時序工作流程圖</p><p>　　3. 十字路口要有數(shù)字顯

25、示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當某方向綠燈亮時，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠等交換，一次工作循環(huán)結束，而進入下一步某方向的工作循環(huán)。</p><p>　　例如：當南北方向從紅燈轉換成綠燈時，置南北方向數(shù)字顯示為18，并使數(shù)顯計數(shù)器開始減“1”計數(shù)，當減到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時，數(shù)顯得值應為3，當減到“0”時，此時黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；

26、同時，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)顯為18。</p><p>　　4. 可以手動調(diào)整夜間為黃燈閃耀。</p><p><b>　　2系統(tǒng)總體設計方案</b></p><p><b>　　2.1總體設計方案</b></p><p>　　控制器的整體結構圖：</p><p&

27、gt;<b>　　2.2方案特點</b></p><p>　　狀態(tài)控制器用于記錄十字路口交通燈的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)譯碼器分別點亮相應的狀態(tài)信號燈。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生整個定時系統(tǒng)的時基脈沖，通過減法計數(shù)器對秒脈沖減計數(shù)，達到控制每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時間。減法計數(shù)器的回零脈沖使狀態(tài)控制器完成狀態(tài)轉換，同時狀態(tài)譯碼器更具下一個工作狀態(tài)決定下一次減法計數(shù)的初始值。減法計數(shù)器的狀態(tài)有BCD譯碼器譯碼，數(shù)

28、碼管顯示。在紅燈期間，狀態(tài)譯碼器將秒脈沖引入黃燈控制電路，使黃燈閃爍。</p><p><b>　　3控制電路設計</b></p><p>　　3.1控制電路工作原理</p><p>　　控制器應送出南北、東西車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定：</p><p>　　A

29、G=1：南北車道綠燈亮； BG=1：東西車道綠燈亮；</p><p>　　AY=1：南北車道黃燈亮； BY=1：東西車道黃燈亮；</p><p>　　AR=1：南北車道紅燈亮； BY=1：東西車道紅燈亮；</p><p>　　由此得到交通燈的ASM圖，如圖3.4所示。設控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當S0的持續(xù)時間小于18秒時，TL=0（用判斷框表示T

30、L），控制器保持S0不變。只有當S0的持續(xù)時間等于18秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所表達的含義。</p><p><b>　　圖3.4</b></p><p><b>　　3.3器件選型</b></p><p>　　它由74LS164組

31、成扭環(huán)形計數(shù)器，然后經(jīng)過譯碼器輸出十字路口南北，東西兩個方向的控制信號。其中黃燈信號滿足閃耀，并且在夜間時，是黃燈閃亮，而綠紅燈滅。為了讓黃燈能每s閃亮一次，可以在黃燈那里加入一個與門，把黃燈發(fā)亮的信號當成是與門的開通信號，與門的另一端接入時間脈沖，那么黃燈就可以實現(xiàn)每s閃亮一次的功能了。</p><p>　　扭環(huán)形十二進制計數(shù)器的狀態(tài)表</p><p>　　根據(jù)狀態(tài)表，不難列出東西方向和

32、南北方向綠，黃，紅燈的邏輯表達式：</p><p>　　東西方向 綠燈：EWG=Q4Q5</p><p>　　黃燈：EWY=Q4Q5</p><p><b>　　紅燈：EWR=Q5</b></p><p>　　南北方向： 綠燈：NSG=Q4Q5</p><p>　　黃燈：NSY=Q4Q5&

33、lt;/p><p><b>　　紅燈：NSR=Q5</b></p><p>　　由于黃燈要求閃爍幾次，所以用基1s和EWY或NSY黃燈信號相與</p><p><b>　　4 振蕩電路設計</b></p><p>　　4.1振蕩電路工作原理</p><p>　　當黃燈（Y）或紅燈

34、（R）亮時，則這端為高（H）電平，在CP移位脈沖作用下，而向前移位，高電平“H”從QH一直移到QA（圖中74LS164-1）由于綠燈在紅燈和黃燈位高電平時，它為低電平，所以74LS164-1QA的信號就不能送到74LS164-2移位寄存器的RI端。這樣，就模擬了當黃、紅燈亮時汽車停止的功能。而當綠燈亮，黃、紅燈滅（G=1，R=0，Y=0）時，74LS164-1、74LS164-2都能在CP移位脈沖作用下向前移位。這就意味著綠燈亮時汽車向

35、前運行這一功能。</p><p><b>　　4.2參數(shù)計算</b></p><p><b>　　4.3器件選型</b></p><p><b>　　74LS74</b></p><p><b>　　5 計數(shù)電路設計</b></p><

36、p>　　5.1計數(shù)電路工作原理</p><p>　　譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表 所示</p><p>　　。實現(xiàn)上述關系的譯碼電路請讀者自行設計。</p><p><b>　　5.2參數(shù)計算</b></p>

37、<p><b>　　5.3器件選型</b></p><p><b>　　74LS168</b></p><p>　　6 譯碼顯示電路設計</p><p>　　6.1譯碼顯示電路工作原理</p><p>　　當南北方向綠燈亮，而東西方向紅燈亮時，使南北方向的74LS168以減法計<

38、/p><p>　　數(shù)器方式工作，從數(shù)字“24” 開始往下減，當減到“0”時，南北方向綠燈滅，紅燈亮，而東西方向紅燈滅，綠燈亮。由于東西方向紅燈滅信號（EWR：0）使與門關斷，減法計數(shù)器工作結束，而南北方向紅燈亮使另一方向——東西方向減法計數(shù)器開始工作。</p><p>　　在減法計數(shù)開始之前，由黃燈亮信號使減法計數(shù)器先置入數(shù)據(jù)，圖中接入U/和的信號就是由黃燈亮（為高電平）時，置入數(shù)據(jù)。黃燈滅（

39、Y=0）而紅燈亮（R=1）開始減計數(shù)。</p><p><b>　　6.2參數(shù)計算</b></p><p><b>　　6.3器件選型</b></p><p><b>　　LC500-11</b></p><p><b>　　7系統(tǒng)總體電路設計</b>&l

40、t;/p><p><b>　　7.1系統(tǒng)總體電路</b></p><p><b>　　7.2 電路說明</b></p><p>　　秒脈沖發(fā)生器，如下圖：</p><p><b>　　8電路調(diào)試</b></p><p>　　8.1振蕩電路調(diào)試及實驗結果分析&

41、lt;/p><p>　?。▋?nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗結果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）</p><p>　　8.2 計數(shù)電路調(diào)試及實驗結果分析</p><p>　　（內(nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗結果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）</p><p>　　

42、8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實驗結果分析</p><p>　?。▋?nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗結果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）</p><p>　　8.4 控制電路調(diào)試及實驗結果分析</p><p>　　（內(nèi)容：說明調(diào)試方法，調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗結果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）<

43、;/p><p>　　8.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實驗結果分析</p><p>　?。▋?nèi)容：說明各單元電路聯(lián)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法，試驗結果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）</p><p>　　9改進意見及收獲體會</p><p>　　一周的電子課程設計——交通燈控制電路系統(tǒng)就這樣結束了。通過兩周不斷的查找資料的過程讓我積累了很多實

44、際操作經(jīng)驗，我已初步掌握了數(shù)電的應用技術，以及數(shù)字電路的知識和有關器件的應用。我深刻地體會到數(shù)字電子技術對當代社會發(fā)展的重要作用。</p><p>　　經(jīng)過這次課程設計，我學到很多東西。社會的不斷發(fā)展電子產(chǎn)品 實踐使我認識到我現(xiàn)在所學的知識還遠遠不夠，在實際操作應用中有些問題還不能解決，所以我要在今后的學習中更加努力，學好自己的專業(yè)知識以充實自己，來適應日新月異的現(xiàn)代社會。</p><p&g

45、t;　　在這次課程設計中，我學會了如何利用網(wǎng)絡資源,學會了怎么看電路圖,讀電路圖,這些都使我受益匪淺，并為我以后的學習和工作積累了豐富的經(jīng)驗。通過這次對交通信號燈控制電路的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于交通信號燈的基本原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為

46、芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。</p><p><b>　　對設計的建議</b></p><p>　　我希望老師在我們動手制作之前應先告訴我們一些關于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關于檢測芯片的方法

47、。這樣會有助于我們進一步的進入狀態(tài)，完成設計。</p><p><b>　　10器件明細清單</b></p><p><b>　　1. 通用實驗底板</b></p><p><b>　　2. 直流穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　3. 交通信號燈及汽車模擬裝置</p&

48、gt;<p>　　4. 集成電路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及門電路</p><p>　　5. 顯示：LC5011-11，發(fā)光二極管</p><p><b>　　6. 電阻</b></p><p><b>　　7. 開關</b></p><p><

49、;b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　?。谐瞿闼玫膮⒖嘉墨I。格式如下）</p><p>　　[1] 閻石主編．數(shù)字電子技術基礎（第四版）．北京：高教出版社， 2000</p><p>　　[2]《電子技術基礎》（數(shù)字部分）康華光主編 華中理工大學電子學教研室</p><p>　　[3]《電子技術