数字电子技术基础课程设计交通灯逻辑电路设计.doc

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1、扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目： 交通灯逻辑电路设计 课 程： 数字电子技术基础 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气0802 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2010.6.18 数字电子技术基础课程设计任务书一、课程设计的目的 本课程是在学完数字电子技术基础、数字电子技术实验之后，集中一周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求达到以下目的： 1. 使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力； 2. 使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力；

2、 3. 熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。二、课程设计的要求1. 设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；2. 必须独立完成设计课题； 3. 合理选用元器件； 4. 按时完成设计任务并提交设计报告。 三、设计题目及内容交通信号灯控制器（1）设计计时显示电路(减“1”计数)（2）南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。黄灯是间歇闪耀 （3）可以手动调整夜间为黄灯闪耀六 、器件与器材1、 二输入四与非门 74LS002、 四输入双与非门 74LS203、 六倒相器 74LS044、 八输入与非门 74LS305、 正沿双D

3、触发器 74LS746、 3线-8线译码器 74LS1387、 可逆移位寄存器 74LS1948、 同步十进制可逆加、减计数器 (8421 BCD码) 74LS1929、同步十进制加法计数器 74LS16010、振荡分频器 CD406011、BCD七段显示译码器 74LS4812、双四选一数据选择器 74LS15313、八线驱动器 74LS24414、555定时器 55515、LED共阴七段数码管 BS20716、石英晶体(4M、2 M、32768 HZ)17、微动开关、拨盘开关、继电器、LED(红、绿、蓝)、电阻、电容、二极管、三极管、光敏二、三极管、导线等。22、工具(镊子、剪刀、万用表、

4、电烙铁)八、参考文献1、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；2、有关“电子技术课程设计指导书”；3、“集成电路特性应用手册”；1、 EDA技术使用教程2、 其他。九、设计总结报告主要内容1、 任务及要求；2、 方案特点；3、 各组成部分及工作原理(应结合框图写)；4、 单元电路设计与调试；5、 总逻辑图；6、 总装配图；7、 实验仿真结果；8、 实验结果分析(画出必要的波形，进行测量精度和误差分析)；9、 调试中出现问题的解决；10、改进意见及收获体会等。目 录1 设计任务及要求.（7）2 系统总体设计方案.(9)2.1 总体设计方案2.2 方案特点3 控制电路设计.（10） 3.

5、1 控制电路工作原理 3.2 参数计算3.3 器件选型4 振荡电路设计.（11） 4.1 振荡电路工作原理 4.2 参数计算4.3 器件选型5 计数电路设计.（11） 5.1 计数电路工作原理 5.2 参数计算5.3 器件选型6 译码显示电路设计.（11） 6.1 译码显示电路工作原理 6.2 参数计算6.3 器件选型7 系统总体电路设计.（12） 7.1 系统总体电路 7.2 电路说明8 电路调试.（14） 8.1 振荡电路调试及实验结果分析 8.2 计数电路调试及实验结果分析 8.3 译码显示电路调试及实验结果分析8.4 控制电路调试及实验结果分析8.5 系统联调及实验结果分析9 改进意见

6、及收获体会.（14）10 器件明细清单.（15）参考文献.（16）1设计任务及要求（1）、设计计时显示电路(减“1”计数)（2）、南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。黄灯是间歇闪耀（3）、可以手动调整夜间为黄灯闪耀 设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下：1.满足如图1.1顺序的工作流程图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东

7、西方向黄灯亮。图1.1 交通灯顺序工作流程图 2. 应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图见图1.2所示。图1.2中，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。图1.2 交通灯时序工作流程图3. 十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿等交换，一

8、次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为18，并使数显计数器开始减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显得值应为3，当减到“0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为18。4. 可以手动调整夜间为黄灯闪耀。 2系统总体设计方案2.1总体设计方案控制器的整体结构图：南北车道信号灯东西车道信号灯译码电路时钟信号置数器主控制器计时器2.2方案特点状态控制器用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过状态译码器分别点亮相应的状态信号灯。秒脉冲发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对

9、秒脉冲减计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器更具下一个工作状态决定下一次减法计数的初始值。减法计数器的状态有BCD译码器译码，数码管显示。在红灯期间，状态译码器将秒脉冲引入黄灯控制电路，使黄灯闪烁。3控制电路设计3.1控制电路工作原理控制状态信号灯状态车道运行状态S0（00）南北绿，东西红南北车道通行，东西车道禁止通行S1（01）南北黄，东西红南北车道缓行，东西车道禁止通行S3（11）南北红，东西绿南北车道禁止通行，东西车道通行S2（10）南北红，东西黄南北车道禁止通行，东西车道缓行控制器应送出南北、东西车道红、黄、绿灯的控制信号

10、。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：AG=1：南北车道绿灯亮； BG=1：东西车道绿灯亮；AY=1：南北车道黄灯亮； BY=1：东西车道黄灯亮；AR=1：南北车道红灯亮； BY=1：东西车道红灯亮； 由此得到交通灯的ASM图，如图3.4所示。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于18秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于18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。 图3.43.3器件选型它由74LS164组成扭

11、环形计数器，然后经过译码器输出十字路口南北，东西两个方向的控制信号。其中黄灯信号满足闪耀，并且在夜间时，是黄灯闪亮，而绿红灯灭。为了让黄灯能每s闪亮一次，可以在黄灯那里加入一个与门，把黄灯发亮的信号当成是与门的开通信号，与门的另一端接入时间脉冲，那么黄灯就可以实现每s闪亮一次的功能了。扭环形十二进制计数器的状态表t计数器输出南北方向东西方向Q0Q1Q2Q3Q4Q5NSGNSYNSREWGEWYEWR000000010000111000001000012110000100001311100010000141111001000015111110010001611111100110070111110

12、011008001111001100900011100110010000011001100根据状态表，不难列出东西方向和南北方向绿，黄，红灯的逻辑表达式：东西方向 绿灯：EWG=Q4Q5 黄灯：EWY=Q4Q5 红灯：EWR=Q5 南北方向： 绿灯：NSG=Q4Q5 黄灯：NSY=Q4Q5 红灯：NSR=Q5由于黄灯要求闪烁几次，所以用基1s和EWY或NSY黄灯信号相与4 振荡电路设计4.1振荡电路工作原理当黄灯（Y）或红灯（R）亮时，则这端为高（H）电平，在CP移位脉冲作用下，而向前移位，高电平“H”从QH一直移到QA（图中74LS164-1）由于绿灯在红灯和黄灯位高电平时，它为低电平，所以

13、74LS164-1QA的信号就不能送到74LS164-2移位寄存器的RI端。这样，就模拟了当黄、红灯亮时汽车停止的功能。而当绿灯亮，黄、红灯灭（G=1，R=0，Y=0）时，74LS164-1、74LS164-2都能在CP移位脉冲作用下向前移位。这就意味着绿灯亮时汽车向前运行这一功能。4.2参数计算4.3器件选型74LS745 计数电路设计5.1计数电路工作原理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如表 所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。5.2参数计算5.3器件选型74LS1686

14、 译码显示电路设计6.1译码显示电路工作原理当南北方向绿灯亮，而东西方向红灯亮时，使南北方向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字“24” 开始往下减，当减到“0”时，南北方向绿灯灭，红灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。由于东西方向红灯灭信号（EWR：0）使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮使另一方向东西方向减法计数器开始工作。在减法计数开始之前，由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据，图中接入U/和的信号就是由黄灯亮（为高电平）时，置入数据。黄灯灭（Y=0）而红灯亮（R=1）开始减计数。6.2参数计算6.3器件选型LC500-117系统总体电路设计7.1系统总体电路7.2 电路说

15、明秒脉冲发生器，如下图：8电路调试8.1振荡电路调试及实验结果分析（内容：说明调试方法，调试过程中出现的问题及解决办法，试验结果的分析，画出必要的波形，进行测量精度和误差分析。）8.2 计数电路调试及实验结果分析（内容：说明调试方法，调试过程中出现的问题及解决办法，试验结果的分析，画出必要的波形，进行测量精度和误差分析。）8.3 译码显示电路调试及实验结果分析（内容：说明调试方法，调试过程中出现的问题及解决办法，试验结果的分析，画出必要的波形，进行测量精度和误差分析。）8.4 控制电路调试及实验结果分析（内容：说明调试方法，调试过程中出现的问题及解决办法，试验结果的分析，画出必要的波形，进行测

16、量精度和误差分析。）8.5 系统联调及实验结果分析（内容：说明各单元电路联调试过程中出现的问题及解决办法，试验结果的分析，画出必要的波形，进行测量精度和误差分析。）9改进意见及收获体会一周的电子课程设计交通灯控制电路系统就这样结束了。通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，我已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。 经过这次课程设计，我学到很多东西。社会的不断发展电子产品 实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充

17、实自己，来适应日新月异的现代社会。在这次课程设计中，我学会了如何利用网络资源,学会了怎么看电路图,读电路图,这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。通过这次对交通信号灯控制电路的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于交通信号灯的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于

18、这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。对设计的建议我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。10器件明细清单1. 通用实验底板2. 直流稳压电源3. 交通信号灯及汽车模拟装置4. 集成电路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及门电路5. 显示：LC5011-11，发光二极管6. 电阻7. 开关参 考 文 献（列出你所利用的参考文献。格式如下）1 阎石主编数字电子技术基础（第四版）北京：高教出版社， 20002电子技术基础（数字部分）康华光主编 华中理工大学电子学教研室3电子技术基础（模拟部分）康华光主编 华中理工大学电子学教研室4现代电子技术实践课程指导谢云 易波主编 机械工业出版社5电子技术试验与课程设计 毕满清主编 机械工业出版社16