紅綠燈數(shù)字電路課程設(shè)計

1、<p>　　《數(shù)字邏輯電路設(shè)計》</p><p><b>　　課程設(shè)計總結(jié)報告</b></p><p><b>　　題目：紅綠燈控制器</b></p><p><b>　　指導老師：</b></p><p><b>　　設(shè)計人員:</b><

2、/p><p><b>　　學號:</b></p><p><b>　　班級：</b></p><p>　　日期：2013年5月</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b></p

3、><p><b>　　設(shè)計框圖及整機概述</b></p><p>　　各單元電路的設(shè)計方案及原理說明</p><p><b>　　調(diào)試過程及結(jié)果分析</b></p><p>　　設(shè)計、安裝及調(diào)試中的體會</p><p>　　對本次課程設(shè)計的意見及建議</p><

4、;p>　　附錄（包括：整機邏輯電路圖及元器件清單）</p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　一、題目： 紅綠燈控制器</p><p>　　二、設(shè)計要求設(shè)計一個紅綠燈</p><p>　　控制器設(shè)計應(yīng)具有以下功能</p><p>　?。?）東西方向綠燈亮，南北

5、方向紅燈亮。.</p><p>　?。?）東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮。 </p><p>　?。?）東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮。</p><p>　　(4 ) 東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮。</p><p>　　要求有時間顯示（順數(shù)、逆數(shù)皆可），時間自定。（大于15秒以上）</p><p><b>

6、;　　可添加其他功能。</b></p><p><b>　　三、給定條件</b></p><p>　　只能采用實驗室提供的中小規(guī)模電路進行設(shè)計。(不一定是實驗用過的)</p><p><b>　　十字路口交通示意圖</b></p><p><b>　　設(shè)計框圖及整機概述<

7、/b></p><p><b>　　1、設(shè)計框圖</b></p><p><b>　　整機概述</b></p><p>　　上圖是整個交通燈電路的設(shè)計框圖。首先，脈沖發(fā)生電路是用來給計數(shù)芯片產(chǎn)生脈沖的，以便計數(shù)芯片可以正常的工作?？刂葡到y(tǒng)是整個電路的核心，它控制著紅綠燈的亮滅、數(shù)碼管的顯示以及控制計數(shù)時間，所以對于這

8、個部分的設(shè)計是非常重要的。計數(shù)系統(tǒng)我們可以用計數(shù)芯片160或者161來實現(xiàn)，采用置數(shù)或者置零的方法都可以讓實現(xiàn)某一個時間段的計數(shù)。譯碼系統(tǒng)是用來顯示時間的，它將計數(shù)系統(tǒng)所記的時間用數(shù)碼管顯示出來，以便我們可以更清楚的知道紅綠燈亮滅的時間。最后的紅綠燈部分用紅黃綠三種發(fā)光二極管將我們所設(shè)計的電路功能直觀的表現(xiàn)出來。</p><p>　　各單元電路的設(shè)計方案及原理說明</p><p>　　脈沖

9、發(fā)生電路：這上個學期的數(shù)電實驗中，我們用555定時器實現(xiàn)了產(chǎn)生脈沖的功能，所以我們這次可以用555定時器來實現(xiàn)脈沖發(fā)生電路。555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件 ，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路 ，但是因為本次課程設(shè)計實驗室直接提供了實驗所需的脈沖，所以這個部分我們并沒有設(shè)計，而是直接使用了實驗室提供的脈沖。</p><p>　　計

10、數(shù)系統(tǒng)：因為實驗要求我們只用顯示一個紅燈的時間就可以了，所以根據(jù)我的設(shè)計方案，是打算讓紅燈保持25秒的時間，也就是數(shù)碼管需要顯示的最大數(shù)字是25，因此可以用兩片160計數(shù)芯片來實現(xiàn)。該計數(shù)器能同步并行預置數(shù)據(jù)、異步清零，具有清零置數(shù)，計數(shù)和保持四種功能，且具有進位信號輸出端、可串接計數(shù)使用。我采用的是計數(shù)清零的方法來實現(xiàn)從0到25的計數(shù)，兩塊芯片都是接在同一個秒沖上的，所以是同步置零的方法。首先先接上一片160，它的計數(shù)用來當做個位，當

11、第一片160從0記到9時在它的進位輸出端會輸出一個進位脈沖，我把這個進位脈沖直接接到了第二片160的使能端，這樣就實現(xiàn)了十位的計數(shù)，當兩片芯片總共計數(shù)到25時，這時我們譯出一個清零信號，用來清零，即每當兩塊芯片從0記到25的時候，都會置零，然后再重新開始計數(shù)，這樣就實現(xiàn)了技術(shù)部分。該部分仿真電路如下：</p><p>　　譯碼系統(tǒng)：這個部分是用來顯示計數(shù)的，也就是我們在計數(shù)系統(tǒng)中設(shè)計了從0到25的計數(shù)，則數(shù)碼管也

12、會從0開始顯示到25。這里我們需要用到BCD-七段譯碼器74LS48，74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中 。根據(jù)48芯片的功能表，我們按照數(shù)碼管的管腳跟譯碼器的管腳一一對應(yīng)的焊接上，這里得注意需要給數(shù)碼管接上一定阻值的限流電阻，不然有可能會把數(shù)碼管燒壞。該部分仿真電路如下：</p><p>　　控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是整個紅綠燈電路的核心部分，它的設(shè)計也直接

13、決定著本次課程設(shè)計的成功與否。</p><p>　　首先根據(jù)課程設(shè)計要求，將控制器輸出的4種工作狀態(tài)，翻譯成車道上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(guān)系如表所示（表中0代表滅，1代表亮）。</p><p>　　從上表中我們可以看出，紅綠燈狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要四個狀態(tài)來實現(xiàn)，這個部分我用了一片161計數(shù)器芯片來實現(xiàn)，74LS161是四位二進制同步計數(shù)器芯片，它可以從0開始

14、計數(shù)，一直記到15，在這里我只需要到它的低兩位，因為161的低兩位恰好是每計數(shù)四次就開始循環(huán)，與我們所需要的用來控制紅綠燈的四個狀態(tài)相同，因此選用161芯片來實現(xiàn)，就可以不需要用觸發(fā)器去設(shè)計一個四位的控制系統(tǒng)。</p><p>　　接下來將列出的真值表進行化簡，得到了各個燈的邏輯函數(shù)，即：</p><p>　　紅燈1 = Q1 ，黃燈1 = Q1 Q2 ，綠燈1 = Q1 Q2<

15、/p><p>　　紅燈2 = Q1 ， 黃燈2= Q1 Q2 ，綠燈2 = Q1 Q2</p><p>　　接著用一片74LS04與74LS08來實現(xiàn)各個燈的功能，將74LS161的低兩位分別接到這兩個芯片的對應(yīng)管腳，這樣就把控制系統(tǒng)給實現(xiàn)了。該部分仿真電路如下：</p><p>　　最后將各個分開的部分整合成一個電路，把各個系統(tǒng)聯(lián)系起來，使得整個電路連接在一起，實現(xiàn)

16、交通燈的功能。</p><p><b>　　調(diào)試過程及結(jié)果分析</b></p><p>　　（1）進行計數(shù)系統(tǒng)電路的焊接與調(diào)試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行增計時，當增計時到25時，能輸電有效的定時時間到信號； </p><p>　?。?）進行交通燈控制器以及顯示部分的焊接與調(diào)試。 </p>&

17、lt;p>　?。?）最后進行交通燈（即發(fā)光二極管）的焊接與調(diào)試；</p><p>　?。?）判斷各部分電路之間的時序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設(shè)計要求。若是出現(xiàn)了錯誤，則一個部分一個部分的檢查電路，找出問題，解決問題。 </p><p><b>　　最終調(diào)試如下： </b></p><p>　　接上電

18、源,便可以進行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認把通車時間設(shè)為25秒，當東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮；.當東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮； 當東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮；</p><p>　　當東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮。時間顯示器從預置的0秒，以每秒增1，增到19到20時，東西方向的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0后時東西方向的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈；南北方向的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈；如此循環(huán)下去。<

19、/p><p>　　設(shè)計、安裝及調(diào)試中的體會</p><p>　　在看到本次課程設(shè)計的幾個題目之后，我選擇了交通燈這道題，因為在我看來這個題目會比較簡單，僅僅是實現(xiàn)幾個燈的循環(huán)點亮而已，當我仔細的把整個設(shè)計任務(wù)看了之后，才發(fā)現(xiàn)并沒有自己想的那么簡單。最開始設(shè)計的時候，自己沒有進行認真的分析，沒有把整體的思路給想出來，因此在設(shè)計電路階段就走了很多的彎路，前期基本都把時間花在怎么設(shè)計電路上了，以致到

20、了后來只能匆匆忙忙地焊板，導致在焊接的時候一些線都沒有焊接上以及焊錯了幾根線，同時整個板的布局也不是很好，給人一種有點凌亂的感覺。在把板子焊接好后，測試的時候也出現(xiàn)了很多問題，首先數(shù)碼管不能正常的顯示，計數(shù)的時間不對，其次紅綠燈的亮滅也與設(shè)計的有所不同，經(jīng)過仔細的檢查之后，找到了出問題的地方，再把這些地方改正好，這時候板子就可以正常的工作了。這其中的很多問題都是由于不仔細造成的，所以這提醒了我們以后再焊板子的時候得注意細節(jié)問題，不要忽視

21、小問題，也許就是一個虛焊就會使得整個電路不工作。所以在做一件事情的時候還是要先把使用工具研究透徹，才能更好的服務(wù)于研究。所幸在最終還是比較滿意的完成了這次課程設(shè)計，自己也對這門課程也有了更多的實踐經(jīng)驗，紙上談兵終究是不夠的，多實</p><p>　　本次課程設(shè)計利用的基本上都是上個學期學習的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的知識，這些知識到了現(xiàn)在也都快忘記地差不多了，在經(jīng)過了這次的課程設(shè)計之后，在復習了過去的知識的同時也使得我對

22、原來所學的知識又有了新的理解，所以這相當于復習了一遍上個學期的知識，加深了自己的理解，同時也是一次很好的把理論知識轉(zhuǎn)化為實踐的機會。這次課程設(shè)計不僅加強了我動手、思考和解決問題的能力，還提高了綜合運用所學知識的能力，增強了根據(jù)課程需要選學參考資料，查閱手冊、圖表和文獻資料的自學能力 。</p><p>　　最后，我認識到做任何事都應(yīng)該態(tài)度要端正，作風要嚴謹。對數(shù)字電路來說，邏輯性非常強，每一個環(huán)節(jié)都要弄得清清楚楚

23、，有一點漏洞，結(jié)果都不可能出來。</p><p>　　六、對本次課程設(shè)計的意見及建議</p><p>　　個人覺得本次課程設(shè)計時間有那么一點短，主要是因為本學期的實驗比較多，時間也剛好與學校的電子設(shè)計競賽重合了，所以時間有點緊，不過很多同學也都在三周時間內(nèi)完成了，建議老師可以提前把實驗設(shè)計要求之類的提前一段時間告訴我們，讓我們可以有更充足的時間準備。</p><p>

24、;　　題目的老套也是一個問題，這次老師給的題目有四個，不過這些都是以前的學長、學姐做過的題目，這就導致有的同學可以直接找學長、學姐要電路圖及實驗報告，這也就達不到課程設(shè)計所想要達到的目的了，所以我建議老師可以出一些新的題目，盡量出一些之前的同學沒有做過的題目，這樣也有利于培養(yǎng)同學的創(chuàng)新能力。</p><p>　　還有就是芯片的問題，盡管實驗室提供了很多的芯片給我們用，可是到了課程設(shè)計的后期階段，留在實驗室的只剩下

25、了一些不怎么需要用的芯片，這就導致有的同學盡管很快就把板焊好，可是由于沒有芯片就不能測試，所以也就就不知道自己在什么地方出錯了，所以建議老師加強一下芯片的管理制度，芯片最好還是少讓同學帶走的好。</p><p>　　最后，我覺得我們的數(shù)字電路的課程設(shè)計也可以按照分組來做，最好是兩個人或者是三個人一組，就像電子競賽一樣。同時也得加大課程設(shè)計的難度，使得各個組的成員都可以得到鍛煉，避免出現(xiàn)小組里有人偷懶的情況，這也可

26、以更好的鍛煉我們的團結(jié)合作能力。</p><p>　　七、附錄（包括：整機邏輯電路圖及元器件清單）</p><p><b>　　整機邏輯圖：</b></p><p>　　元器件清單：電源、輸入脈沖、74LS160計數(shù)芯片兩片、74LS48譯碼器芯片一片、74LS10三輸入與非門芯片一片、74LS86兩輸入四異或門一片、74LS04六反相器一片、