數(shù)字電子課程設(shè)計---單行道十字路口簡易交通燈

1、<p><b>　　河南理工大學(xué)</b></p><p><b>　　數(shù)字電子課程設(shè)計</b></p><p>　　單行道十字路口簡易交通燈</p><p>　　（2010-12-30）</p><p>　　學(xué)院：電氣與自動化學(xué)院</p><p><b>

2、　　專業(yè)：電子信息工程</b></p><p><b>　　班級：08—3班</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　此次設(shè)計，我選擇設(shè)計《單行道十字路口簡易交通燈》。利用555定時器芯片構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖，產(chǎn)生的脈沖作為74LS161構(gòu)成的定時計數(shù)器的CP輸入，使計數(shù)器從

3、0到7一次計數(shù)。計時器輸出的數(shù)據(jù)通過兩片74LS138譯碼器芯片，然后控制甲乙車道兩組信號燈（發(fā)光二極管）的定時亮滅。每組紅，黃，綠三個燈。實現(xiàn)前3t內(nèi)甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮，下一個1t內(nèi)，甲車道變黃燈亮，乙車道仍然紅燈。1t后甲車道變紅燈，乙車道變綠燈。甲車道的紅燈持續(xù)4t，乙車道的綠燈持續(xù)3t后變黃燈，1t后再變紅燈。然后按此規(guī)律甲乙車道交替實現(xiàn)通車，停車的指示功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：交通信號

4、燈 自動控制系統(tǒng) 脈沖 定時 控制 譯碼 動態(tài)顯示 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p><b>　　目錄3</b></p><p><b>　　第1章 緒論4</b>

5、;</p><p>　　1.1 設(shè)計任務(wù)4</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求4</b></p><p>　　第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計5</p><p>　　2.1 總體原理方框圖5</p><p>　　2.2電路器件選擇5</p><p>　　2.3 狀

6、態(tài)轉(zhuǎn)換5</p><p>　　第3章具體邏輯電路分析設(shè)計6</p><p>　　3.1 多諧振蕩電路6</p><p>　　3.1.1 555定時器6</p><p>　　3.1.2 555定時器構(gòu)成多諧震蕩器7</p><p>　　3.2 控制電路8</p><p>　　3.2.

7、1 計數(shù)器74LS1618</p><p>　　3.2.2161計數(shù)器構(gòu)成倒計時器控制電路9</p><p>　　3.3 譯碼器電路10</p><p>　　3.3.1 74LS138譯碼器10</p><p>　　3.3.2 譯碼電路10</p><p>　　3.4 總體電路設(shè)計及原理圖11</

8、p><p>　　3.5 原器件清單12</p><p><b>　　3.6 結(jié)果12</b></p><p>　　3.6.1 仿真結(jié)果12</p><p>　　3.6.2 實際電路制作結(jié)果12</p><p>　　第4章課程設(shè)計體會13</p><p>　　第5章

9、參考文獻14</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　通過數(shù)字電子課程的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)掌握了基本邏輯門，常用數(shù)字芯片的功能。能夠分析并設(shè)計簡單的組合，時序邏輯電路。然而要想更深一步了解和熟練掌握數(shù)字電子的應(yīng)用，我們需要把學(xué)到的理論知識應(yīng)用到實際生活中，并多動手實踐。數(shù)字電子課程設(shè)計就為我們提供了很好的鍛煉機會。</p>

10、<p>　　交通燈是我們再熟悉不過的控制系統(tǒng)了，在生活中發(fā)揮著中重要的作用，隨個電子技術(shù)的不斷進步，交通燈的功能設(shè)計也不斷強大。</p><p>　　在這里我用簡單的電路來熟悉交通燈的工作原理。熟悉數(shù)子電子技術(shù)中非常重要的幾個芯片：定時器NE555，計數(shù)器74LS161，譯碼器74LS138，與非門74LS00,74LS20.</p><p><b>　　1.1 設(shè)計任

11、務(wù)</b></p><p>　　單行道簡易交通燈的設(shè)計，可以通過紅，黃，綠燈的定時交替變換實現(xiàn)對單行道十字路口車輛的控制。</p><p>　　此項課題設(shè)計需要熟練掌握555定時器，74LS161計數(shù)器,74LS138譯碼器,74LS00二輸入與非門和74LS20四輸入與非門的功能及管腳連接方法。需要掌握利用555定時器構(gòu)成多諧震蕩器的電路設(shè)計，掌握161計數(shù)器清零電路的鏈接和

12、應(yīng)用，掌握138譯碼器和與非門構(gòu)成的控制電路控制邏輯函數(shù)的實現(xiàn)。同時學(xué)習(xí)了Multisim軟件畫電路圖，實現(xiàn)電路模擬仿真。進一步學(xué)習(xí)了規(guī)范制作word文檔的方法。</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求</b></p><p>　　1.畫出電路圖，原理圖并進行仿真。</p><p>　　2.分析各部分模塊功能，元器件及參數(shù)選擇。</p

13、><p>　　3.編寫實驗報告，附上相關(guān)電路圖，資料和心得體會。</p><p>　　4.按照設(shè)計要求做出實物。</p><p>　　5.對事務(wù)進行測試，驗證電路設(shè)計原理的正確性可行性。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1 總體原理方框圖</p>

14、;<p><b>　　圖2.1-1</b></p><p><b>　　2.2電路器件選擇</b></p><p>　　23kΩ電阻兩，電解電容100uF，NE555,74LS161,74LS138,74LS20,74LS00.發(fā)光二級管 6個。</p><p><b>　　2.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換<

15、/b></p><p>　　狀態(tài)1（000~010）：甲車道（東西方向）綠燈亮，通行。乙車道（南北方向）紅燈亮，等待。</p><p>　　狀態(tài)2（011）：甲車道（東西方向）黃燈亮，提醒。乙車道（南北方向）紅燈亮，等待。</p><p>　　狀態(tài)3（100~110）：甲車道（東西方向）紅燈亮，等待。乙車道（南北方向）綠燈亮，通行。</p>&l

16、t;p>　　狀態(tài)4（111）：甲車道（東西方向）紅燈亮，等待。乙車道（南北方向）黃燈亮，提醒。</p><p>　　具體邏輯電路分析設(shè)計</p><p>　　3.1 多諧振蕩電路</p><p>　　3.1.1 555定時器</p><p>　　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。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用

17、CMOS工藝制作的稱作7555。555定時器的電源電壓范圍寬，可在4.5V~16V 工作。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖3.1-1所示。其功能表如表3.1-2所示。</p><p><b>　　圖3.1-1</b></p><p>　　555定時器功能表3.1-2</p><p>　　3.1.2 555定時器構(gòu)成多諧震蕩器</p><p

18、>　　系統(tǒng)所需要的秒脈沖有定時器NE555所構(gòu)成的多諧振蕩器提供。NE555外引腳圖如圖3.1-3所示，其中1管腳是接地端，8腳正電源端Vcc，2腳低觸發(fā)端TR，6腳高觸發(fā)端TH,3腳是輸出端OUT，4腳是主復(fù)位端。5腳控制電壓端。7腳放電端DISC。</p><p><b>　　圖3.1-3</b></p><p>　　多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩電

19、路，多諧振蕩電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素作用下電路在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，故又稱無穩(wěn)態(tài)電路。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖3.1-4所示，R1,R2和C是外接定時元件，將放電端（7腳）接到R1,R2的連接處。</p><p><b>　　圖3.1-4</b></p><p>　　由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓Uc為低電平，小于（1

20、/3）Vcc，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出U0為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使 電壓Uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)Uc上升到（2/3）VCC時，輸出U0為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把Uc從（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān) 。充電時間常數(shù)T充=（R1＋R2）C。</p><p>　　由于放電管

21、VT導(dǎo)通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時間TPL的長短與電 容的放電時間有關(guān)，放電時間常數(shù)T放＝R2C0隨著C的放電，UC下降，當(dāng)Uc下降到（1/3）Vcc時，輸出U0。 為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容C充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間變化。圖3.1-5所示為工作波行。</p><p><b>　　圖3.1-5</

22、b></p><p><b>　　3.2 控制電路</b></p><p>　　3.2.1 計數(shù)器74LS161</p><p>　　74LS161是常用的四位二進制可預(yù)置數(shù)同步加法計數(shù)器，他可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)計數(shù)分頻等重要功能。其外部管腳圖如圖3.2-1所示。</p><p>&l

23、t;b>　　圖3.2-1</b></p><p>　　。161計數(shù)器的基本功能是對輸入時鐘脈沖進行計數(shù)，它可以用于分頻，定時，產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列及進行數(shù)字運算等等。其邏輯功能表如圖3.2-2。</p><p>　　異步清零QDQCQBQA=0</p><p>　　同步并行置數(shù)QDQCQBQA=DCBA</p><p>　

24、　保持原有狀態(tài)不變QDQCQBQA=QDQCQBQA</p><p>　　計數(shù) CP每來一個上升沿，計數(shù)器的值增1</p><p>　　74LS161邏輯功能表 3.2-2</p><p>　　161計數(shù)器構(gòu)成倒計時器控制電路</p><p>　　倒計時器由一片74LS161和一個與非門構(gòu)成，利用同步清零接法構(gòu)成七進制計數(shù)器，其組成圖3

25、.2-3所示。</p><p>　　2腳端口接入由多諧振蕩器產(chǎn)生的CP脈沖，驅(qū)動芯片開始計數(shù)，輸出端QA~QC接入138譯碼器控制后續(xù)電路高低電平輸出。QD引出接與非門取反，送入1腳同步清零端口 。實現(xiàn)0~7狀態(tài)計數(shù)。</p><p>　　000~ 001~010~011~100~101~110~111</p><p><b>　　圖3.2-3</b

26、></p><p><b>　　3.3 譯碼器電路</b></p><p>　　3.3.1 74LS138譯碼器</p><p>　　74LS138是3線—8線二進制譯碼器，他有3個輸入端A2，A1，A0。8個輸出端Y0~Y7，輸出為低電平有效，G1,G2A,,G2B.為使能輸入端。其外部引腳圖如圖3.3-1。功能表如表3.3-2<

27、/p><p><b>　　圖3.3-1</b></p><p>　　74ls138譯碼器功能表3.3-2</p><p>　　3.3.2 譯碼電路</p><p>　　兩片74LS138芯片分別編號A， B芯片，A片通過輸出端口接與非門電路控制甲車道信號燈，B芯片控制乙車道信號燈。A,B芯片的輸入端A,B,C都接計數(shù)器QA~

28、QC的輸出端。輸出端與甲乙車道信號燈的控制關(guān)系如圖3.3-3</p><p><b>　　圖3.3-3</b></p><p>　　因為138譯碼器有效輸出為低電平，而控制二極管發(fā)光需要高電平，所以根據(jù)控制關(guān)</p><p>　　系譯碼器輸出端接與非門，以實現(xiàn)定時控制信號燈發(fā)光時間與變換關(guān)系。此塊兒電路用到芯</p><p&

29、gt;　　74LS00，其內(nèi)部集成四塊兒二輸入與非門。74LS20，其內(nèi)部集成兩塊兒四輸入與非門。</p><p>　　3.4 總體電路設(shè)計及原理圖</p><p><b>　　3.5 原器件清單</b></p><p>　　芯片：NE555 一片</p><p>　　74LS161 一片</p&

30、gt;<p>　　74LS138 兩片</p><p>　　74LS00 一片</p><p>　　74LS20 兩片</p><p><b>　　3.6 結(jié)果</b></p><p>　　3.6.1 仿真結(jié)果</p><p>　　在軟件Multisim中編入

31、電路圖，仿真測試顯示電路可以按照設(shè)計要求正常工作。</p><p>　　3.6.2 實際電路制作結(jié)果</p><p>　　規(guī)范按照電路板焊接要求，依據(jù)總體電路圖，焊接出實體電路。經(jīng)測試，電路可以正常工作。</p><p><b>　　課程設(shè)計體會</b></p><p>　　這次課程設(shè)計終于順利完成，在設(shè)計中遇到了很多問

32、題，通過查找資料，請教同學(xué)與老師，反復(fù)試驗驗證，都一一解決。在這一過程中學(xué)到了很多東西，得到了很大的提高。深刻體會到數(shù)電課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決問題，鍛煉動手操作能力的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　這次課程設(shè)計讓我鞏固了以前所學(xué)的理論知識，因為選題很貼近我們熟悉的電路邏輯理論，所選芯片也是我們常見的，所以讓我對基礎(chǔ)知識有了更透徹的理解。并對總體電路圖能夠清晰的分析。實物電路的焊

33、接也使我有了很好的鍛煉動手能力機會。通過焊接電路，對電路原理有了進一步熟悉。積累了自己的焊接經(jīng)驗。比如芯片的管腳焊接，排線的合理布線，焊點的牢固和美觀。</p><p>　　課程設(shè)計報告是我第一次做規(guī)范的長篇word文檔，制作之前，參閱了相關(guān)書籍，學(xué)習(xí)了有關(guān)視頻。在實際操作中也學(xué)到了許多，在制作文檔方面有了一定的提高。同時還學(xué)習(xí)了畫圖仿真軟件Multisim。能夠順利畫出電路原理圖，并進行仿真。使自己的綜合能力有

34、了提高。</p><p>　　本次實驗最大的感觸是，做實驗遇到問題要耐心，有毅力，冷靜沉著的思考，才會發(fā)現(xiàn)問題的根源以及找到解決的途徑。一切都是在不斷摸索中進步的，解決問題需要冷靜和耐心還有多思考。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　艾永樂。 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。北京：中國電力出版社，2008</p>