數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計--彩燈控制電路與交通燈控制電路設(shè)計報告

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計報告</p><p>　　學(xué) 院：測控技術(shù)與通信工程學(xué)院</p><p><b>　　專業(yè)班級： </b></p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p>&l

2、t;p><b>　　完成時間： </b></p><p>　　成 績： </p><p>　　彩燈控制電路與交通燈控制電路設(shè)計報告</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p><b>　　1.彩燈控制電路</b></

3、p><p>　?。?）利用74LS161和74LS138等各基礎(chǔ)器件設(shè)計彩燈控制電路，來達到十六個發(fā)光二極管從第一個順序閃到最后一個然后循環(huán)。</p><p>　?。?）每路以發(fā)光二極管為負載。</p><p><b>　　2.交通燈控制電路</b></p><p>　?。?）在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過程，設(shè)計每個幾秒

4、鐘亮那個燈的顯示電路。</p><p>　?。?）．用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈，用傳感器或邏輯開關(guān)代替?zhèn)鞲衅髯鳈z測車輛是否到來的信號。</p><p><b>　　設(shè)計的作用、目的</b></p><p>　　通過課程設(shè)計，使學(xué)生加強對電子技術(shù)電路的理解，掌握電子線路設(shè)計基礎(chǔ)和一般過程，能靈活運用自己所學(xué)的集成模塊構(gòu)成電路實現(xiàn)上述功能，

5、能用仿真軟件對電子線路進行仿真設(shè)計，還能夠?qū)W會查詢資料，方案比較以及設(shè)計計算和制作調(diào)試環(huán)節(jié)，進一步提高分析問題解決問題的能力。</p><p><b>　　具體目的如下：</b></p><p>　　學(xué)會了將一個實際情況電路抽象為邏輯電路的邏輯狀態(tài)的方法。</p><p>　　掌握計數(shù)、譯碼、顯示綜合電路的設(shè)計與調(diào)試方法。</p>

6、<p>　　掌握實際輸出電路不同要求的實現(xiàn)方法。</p><p>　　熟悉集成電路的引腳安排。</p><p>　　掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。</p><p>　　了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。</p><p>　　了解數(shù)字交通燈控制電路的組成及工作原理。</p><p>　　學(xué)會用仿真軟件對設(shè)計的原理

7、圖進行仿真。</p><p>　　熟悉數(shù)字交通燈控制電路的設(shè)計與制作。</p><p><b>　　設(shè)計的具體實現(xiàn)</b></p><p><b>　?。ㄒ唬?系統(tǒng)概述</b></p><p><b>　　1.彩燈控制電路：</b></p><p>&l

8、t;b>　　方案A:</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)由控制電路，編碼發(fā)生電路等組成。其彩燈控制器的總設(shè)計思想如下：</p><p><b>　　編碼發(fā)生器</b></p><p>　　編碼發(fā)生器根據(jù)流水要求，按節(jié)拍送出信號。74L161具有異步置數(shù)同步置零的功能，控制方便靈活。</p><

9、p><b>　　控制電路</b></p><p>　　控制電路為編碼器提供所需的節(jié)拍和驅(qū)動信號，控制整個系統(tǒng)工作?？刂齐娐饭δ苡袃蓚€：一是按需要產(chǎn)生節(jié)拍脈沖。</p><p>　　采用電容和電阻諧振產(chǎn)生脈沖來輸入時鐘信號，簡單易操作。</p><p><b>　　方案B:</b></p><p&g

10、t;　　采用555定時器輸出脈沖，高頻通過計數(shù)器控制電路和譯碼電路。這種方案非常好，計時準確，方便。但這種方案比較復(fù)雜，而且成本較高，所以最后放棄這種方案。</p><p>　　利用74LS161的計數(shù)功能，以及74LS183的譯碼器功能實現(xiàn)小燈按順序閃爍的功能。根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)由編碼發(fā)生電路，控制電路等組成。</p><p><b>　　編碼發(fā)生器</b><

11、;/p><p>　　編碼發(fā)生器根據(jù)流水要求，按節(jié)拍送出信號。74LS161具有異步置數(shù)同步置零功能，控制方便靈活。</p><p><b>　　控制電路</b></p><p>　　控制電路為編碼器提供所需的節(jié)拍和驅(qū)動信號，控制整個系統(tǒng)工作?？刂齐娐穼崿F(xiàn)以下兩個功能：一是按需要產(chǎn)生節(jié)拍脈沖，二是采用電容和電阻諧振產(chǎn)生脈沖來輸入時鐘信號。</p

12、><p><b>　　2交通燈控制電路：</b></p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　1、S1-S3使用2個SR鎖存器，設(shè)置00，01，10三個狀態(tài)。</p><p>　　2、S4使用觸發(fā)器，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況，觸發(fā)器由“0”進入S4狀態(tài)“1”后，在解除緊急時，恢復(fù)“0”，進入S

13、1狀態(tài)。</p><p>　　3、使用4個JK觸發(fā)器，實現(xiàn)16位計數(shù)。</p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　S1-S3使用2個7473替代的T觸發(fā)器。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　1個7473替代的T觸發(fā)器<

14、/p><p>　　JK觸發(fā)器包含SR觸發(fā)器和T觸發(fā)器的功能，J=K=T，則得到T觸發(fā)器。</p><p>　　2、S4使用或門、非門實現(xiàn)，從表1可知：</p><p>　　(不能出現(xiàn)紅綠同時亮的情況)</p><p>　　(不能出現(xiàn)紅黃同時亮的情況)</p><p>　　(不能出現(xiàn)紅綠同時亮的情況)</p>

15、<p>　　使用74192同步可逆10進制計數(shù)器（8421碼）2個</p><p><b>　　方案對比</b></p><p><b>　　表2</b></p><p>　　綜合考慮，為使電路簡化、運行穩(wěn)定，選用方案二。</p><p>　　利用74LS161的計數(shù)功能，以及74LS14

16、、74LS04、74LS00、74LS20的邏輯功能實現(xiàn)交通燈的亮滅轉(zhuǎn)換。根據(jù)設(shè)計要求，實現(xiàn)上述交通信號燈的自動控制，則要求控制電路由時鐘信號發(fā)生器、計數(shù)器、主控制器、信號燈譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動電路幾部分組成。</p><p><b>　?。?）主控制器。</b></p><p>　　由計數(shù)器與譯碼電路組成，通過控制時間，來控制交通燈的轉(zhuǎn)換。從而實現(xiàn)該邏輯電

17、路的功能。</p><p><b>　?。?）計數(shù)器。</b></p><p>　　計數(shù)器實現(xiàn)的是正計數(shù)，主要顯示輸入1HZ的CP脈沖，即每隔1秒計數(shù)器計一次。</p><p>　?。?）控制信號燈的譯碼電路。</p><p>　　主控制器的3種狀態(tài)分別要控制紅、黃、綠燈的亮與滅，可由電路控制實現(xiàn)。</p>

18、<p>　　單元電路設(shè)計(或仿真)與分析</p><p><b>　　1.彩燈控制電路：</b></p><p>　　本電路采用電阻與電容串聯(lián)且74LS14D與電阻串聯(lián)產(chǎn)生時鐘信號，電阻為390歐姆，電容則選擇了一個比較小的1uF電容，這樣流水燈能夠快速閃爍。</p><p>　　時序邏輯電路則由74LS161D控制，選擇它的原因很

19、簡單，便宜并且為十六進制，正好是我們想要的，不用添加其他元件就能夠控制兩個74LS138譯碼器，使整個電路變得清晰，簡單，易懂，可讀性高。負載則由16個發(fā)光二極管組成，發(fā)光二級光有很多優(yōu)點，電流小，易驅(qū)動，不用額外的驅(qū)動電路。這樣，一個彩燈原理圖就畫好了。</p><p>　?。?）集成運放電路的選用：</p><p>　　LM324為四運放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。，內(nèi)部有四

20、個運算放大器，有相位補償電路。電路功耗很小，lm324工作電壓范圍寬，可用正電源3～30V，或正負雙電源±1．5V～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O～Vcc。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互單獨。每一組運算放大器可用如圖所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中

21、，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324引腳排列見圖1。2。 lm124、lm224和lm324引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。</p><p><b>　?。?）彩燈的選用</b></p><p>　　這里選用發(fā)光二極管做彩燈。由于電源電壓為5V，每次只亮

22、一路燈，限流電阻R3=（UCC-VD）/ID,當(dāng)R3取470時， ID約為7mA。 所以發(fā)光二極管選用LED的參數(shù)為：ID=10mA,</p><p>　　VD=2V,PM=100mW.</p><p><b>　?。?）三極管的選用</b></p><p>　　三極管選用2SC1815，其主要參數(shù)為</p><p>&

23、lt;b>　　軟件仿真結(jié)果如下：</b></p><p><b>　　2交通燈控制電路：</b></p><p>　?。?）兩車道的運行狀態(tài)共4種，如表2-1所示</p><p>　　表2-1 控制器工作狀態(tài)及其功能</p><p>　　表中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR, NSY,NSG; 東

24、西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR, EWY, EWG。</p><p>　　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，東西方向黃燈亮。</p><p>　　應(yīng)滿足兩個方向的工作時序，即東西方向亮紅燈的時間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時間之和。同理，南北方向亮紅燈的時間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。本方案取時間t=

25、5s，則南北、東西方向亮綠、黃、紅燈時間分別為25s、5s、30s。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>　?。?）十字路口要有數(shù)字顯示作為時間提示，以方便人們更直觀地把握時間。</p><p>　　具體應(yīng)為當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進入下一步某方向的工作循環(huán)

26、。例如當(dāng)南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時，置南北方向數(shù)字顯示為30，并使計數(shù)器開始減“1”計數(shù)。當(dāng)減到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時，數(shù)顯示應(yīng)為5，當(dāng)減到“0”時，此時黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)顯為30。</p><p>　　時序工作流程圖如圖2-2所示：</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p

27、>　　(3)時標直接由集成的時鐘信號源提供1s的單位秒脈沖；倒計時器由4塊74LS192兩兩組合，分別記錄南北、東西方向的通行情況，數(shù)字顯示由四塊集成的4輸入端數(shù)碼管承擔(dān)；時間t=5s，有74LS161的五分頻信號提供；控制器由2塊74LS194組成扭環(huán)行12進制計數(shù)器，提供紅黃綠燈的控制信號，再由集成的虛擬交通燈模擬紅黃綠的顯示情況。</p><p><b>　?。?）.時標電路</b&g

28、t;</p><p>　　秒脈沖由如圖3-1所示的集成時鐘信號源提供，本方案信號源采用5V的電壓，它是整個電路的基準時間信號，它的秒脈沖直接提供給分頻器74LS161，并觸發(fā)其工作。</p><p><b>　?。?）.分頻電路</b></p><p>　　該分頻電路為五分頻，4位同步二進制計數(shù)器74LS161的封裝及功能表見附錄，將芯片的始能

29、端ENP、ENT，清零端（低電平有效），電源端接5V（高電平），輸出端QC五進制的進位端通過74LS04非門反饋給置數(shù)端LOAD（低電平有效），輸入端A、B、C、D均接地（低電平），計數(shù)器從0開始計時，當(dāng)計數(shù)到4時，輸出端QC為1（高電平），此時置數(shù)端LOAD有效，輸入端重新置為0，如此循環(huán)，計時器反復(fù)從0-4計五個數(shù)，該過程中CLK,QA,QB,QC的波形依次如圖3-3所示：</p><p>　　由波形圖可知圖

30、3-2中的計數(shù)器是下降沿觸發(fā)的，QB,QC均為五分頻信號，本方案中選擇QC信號并輸入給下級的核心控制電路，作為74LS194的觸發(fā)信號。</p><p>　　（3）.核心控制電路及顯示 </p><p>　　控制電路部分由兩塊74LS194組成扭環(huán)行12進制計數(shù)器，然后經(jīng)74LS04的非門與74LS08的與門譯碼，輸出給十字路口南北、東西兩個方向的信號燈，其中的黃燈信號與時標秒信號相與即可

31、獲得每秒閃亮一次的信號。扭環(huán)行計數(shù)器的狀態(tài)表如下所示</p><p>　　根據(jù)狀態(tài)表，可列出東西、南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達式：</p><p>　　東西方向綠：EWG=Q4·Q5’ </p><p>　　黃：EWY=Q4’ ·Q5(EWY’=EWY·CP)</p><p><b>　　紅

32、：EWR=Q5’</b></p><p>　　南北方向綠：NSG=Q4’ ·Q5</p><p>　　黃：NSY=Q4·Q5’(NSY’=NSY·CP)</p><p><b>　　紅：NSR=Q5</b></p><p><b>　　軟件仿真結(jié)果如下：</b&g

33、t;</p><p><b>　　電路的安裝與調(diào)試</b></p><p><b>　　彩燈控制電路：</b></p><p>　　先將元件插入面包板中，認真檢查各元件連接是否正確，注意集成組件引腳，線不要搞錯。二極管管腳接對，各集成組件的電源盒接地端要接好。然后分下面步驟進行檢查調(diào)試。</p><p&

34、gt;　　觀察二極管是否正常發(fā)光</p><p>　　合上電源開關(guān)，接通電源，此時發(fā)光二極管逐個閃亮，循環(huán)往復(fù)，若不亮，要檢查電源是否正常，然后檢查各元件是否插嚴實，各發(fā)光二極管的陽極均接電源正極。</p><p><b>　　檢查振蕩器是否起振</b></p><p>　　若發(fā)光二極管只有第一個常亮而其余不亮，說明邏輯電路出現(xiàn)問題，應(yīng)該檢查振

35、蕩電路是否起振，可用萬用表電壓檔測試起振電路的輸出端是否有信號產(chǎn)生。</p><p><b>　　交通燈電路</b></p><p>　?。?）組裝調(diào)試秒脈沖電路。</p><p>　?。?）進行定時電路的組裝和調(diào)試。當(dāng)輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行增計時，當(dāng)增計時到25時，能輸電有效的定時時間到信號。</p><

36、;p>　?。?）調(diào)試交通燈控制器以及顯示部分。 </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。</p><p>　　(5).數(shù)字電路與邏輯設(shè)計的課程學(xué)習(xí)過程中，過多的偏重于電路邏輯功能的設(shè)計，考慮其實際實現(xiàn)則較少，比如芯片的穩(wěn)定性、帶載能力，工作環(huán)境等問題在設(shè)計中都沒有考慮，很多設(shè)計在實驗室環(huán)境下雖然可以正常工作，但不適宜投

37、入生產(chǎn)。</p><p>　　(6).排除故障的能力和設(shè)計電路的能力同樣重要。在此次課程設(shè)計中，很多同學(xué)在設(shè)計和連接電路上花費的時間并不多，但卻把大量的時間耗費在檢查故障上，經(jīng)常還會因為查不出故障或無法解決故障重新連接電路。我覺得在日常生活和實際生產(chǎn)中，需要解除故障的地方遠比設(shè)計電路要多，從一次實驗中發(fā)現(xiàn)故障，逐步摸索排除故障的方法和技巧是極為重要的。我在排除電路的故障中逐步掌握了電平高低的檢測技巧和根據(jù)信號流向

38、檢查故障的方法，并對萬用表的使用技巧有了更深入的實踐和學(xué)習(xí)。</p><p><b>　　最終調(diào)試如下：</b></p><p>　　接上電源,便可以進行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，實現(xiàn)結(jié)果為綠燈、黃燈、紅燈交替轉(zhuǎn)換亮滅。</p><p>　　心得體會、存在問題和進一步的改進意見等</p><p>　　在設(shè)計前，進行全面的數(shù)字

39、邏輯電路的課本知識學(xué)習(xí)，熟悉各種芯片如計數(shù)器，數(shù)據(jù)選擇器，譯碼器的工作原理。</p><p>　　從電路圖的設(shè)計、實現(xiàn)、仿真、實驗報告，都是自己思考和動手。掌握了ModelSim軟件的操作，用所學(xué)習(xí)過的芯片設(shè)計電路，并用面包板來實現(xiàn)，實現(xiàn)的過程中排錯、檢查的能力也得到鍛煉。 </p><p>　　總而言之，好好利用了學(xué)校給我們提供的此次實習(xí)的機會，努力按要求完成了任務(wù)，提高了自己

40、的綜合思考能力和動手實踐能。 </p><p>　　課程設(shè)計中出現(xiàn)了很多問題。比如說設(shè)計原理圖時，必須懂得對講機的工作原理，運用放大器具有對微弱信號放大的功能對電路進行設(shè)計。設(shè)計過程中出現(xiàn)了多級放大，因此又必須對多級放大電路的設(shè)計方法有一定的了解。還有，在實際電路中，由于一些器件因素或外界因素的干擾，會使輸出電路不穩(wěn)定，用示波器觀察輸出波形會出現(xiàn)失真現(xiàn)象，因此要引入一定程度的深度負反馕來穩(wěn)定放大電路的性

41、能。對原理圖設(shè)計完成時，要確定各器件參數(shù)。此時就要運用所學(xué)的課本知識與指導(dǎo)書上的提示進行計算。參數(shù)運算比較復(fù)雜必須按一定的順序，否則很容易出錯。我是先從后級算起的，根據(jù)負載條件確定后級的偏置電路，然后再計算前級的偏置電路，進一步由放大電路的頻率特性來確定耦合電容與旁路電容的量，最后由電壓放大倍數(shù)確定負反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。 </p><p>　　電路設(shè)計過程及參數(shù)確定比較煩瑣，我在算時會遇到很多問題，有時實在

42、算不出來了就想放棄，但很快自己會意識到那是一種錯誤的想法，所以自己會給自己鼓勁繼續(xù)往下進行，當(dāng)算到最后時便會有很大的成就感，這強烈的激起了我學(xué)習(xí)的興趣，我想這次課程設(shè)計對我以后的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)將有很大幫助。 </p><p>　　在原理圖仿真的過程中，沒有遇到很多問題，基本上是按照所繪的原理圖，用multisim軟件對原理圖進行仿真。仿真圖中要接入示波器和電壓表，通過數(shù)據(jù)和波形更直觀的對電路進行分析。對

43、電路分析時既要進行交流分析又要進行直流分析，還有要通過示波器進行瞬態(tài)分析。此處必須保證波形不失真才能使各參數(shù)達到指標要求。 調(diào)試是此次課程設(shè)計的最后一步。一般情況下，如果電路設(shè)計正確，前置放大級不用調(diào)就可以以正常工作，而輸出級則要通過對變阻器的調(diào)節(jié)來達到指標要求。</p><p>　　其中經(jīng)過這次對數(shù)字搶答器的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于彩燈循環(huán)電路的基本原理與設(shè)計理念，要設(shè)計

44、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，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。</p><p>　　最后感謝老師這一周內(nèi)的指導(dǎo)，讓我們把所學(xué)知識得以運用，通過動腦動手，理論聯(lián)系實際，更好地將數(shù)電知識鞏固。</p><

45、;p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　元器件明細表</b></p><p><b>　　彩燈控制電路：</b></p><p>　　74LS14N 1片</p><p>　　74LS161N 1片

46、</p><p>　　74LS138N 2片</p><p>　　電阻 2個</p><p>　　電容 1個</p><p>　　LED二極管 16個</p><p>　　電源

47、 1個</p><p><b>　　交通燈控制電路：</b></p><p>　　74LS14N 1片</p><p>　　74LS161N 1片</p><p>　　74LS00D 1片</p><p>　　

48、74LS20D 4片 </p><p>　　74LS04D 5片 </p><p>　　電容 1個</p><p>　　電阻 2個</p><p>　　紅、綠、黃發(fā)光二極管 各1個</p><p&g

49、t;　　數(shù)據(jù)顯示器 1個</p><p>　　交通燈器件 1個</p><p>　　電源 2個</p><p><b>　　附圖</b></p><p><b>　　六．參考文獻</b></p><p&

50、gt;　　1·閆石·《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》·高等教育出版杜</p><p>　　2·康華光·《電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京·高等教育出版社·1999年</p><p>　　3·羅杰等編·《電子技術(shù)基礎(chǔ)試驗》北京·高等教育出版社·2008年 </p><p>　　4