數(shù)字電路課程設(shè)計--數(shù)字交通燈

1、<p><b>　　數(shù)字電路課程設(shè)計</b></p><p><b>　　題目：數(shù)字交通燈</b></p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　院

2、 （系）： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012 年 5 月1</p><p><b>　　目 錄</b><

3、;/p><p><b>　　一、設(shè)計目的1</b></p><p><b>　　二、設(shè)計要求1</b></p><p><b>　　三、設(shè)計方案1</b></p><p><b>　　四、芯片介紹2</b></p><p>&l

4、t;b>　　1、NE5552</b></p><p>　　2、CD40293</p><p>　　3、74LS473</p><p>　　4、74LS2454</p><p>　　5、74LS005</p><p><b>　　五、單元模塊5</b></p>

5、;<p>　　1、秒信號產(chǎn)生器5</p><p><b>　　2、狀態(tài)控制器6</b></p><p><b>　　3、狀態(tài)譯碼器6</b></p><p><b>　　4、定時系統(tǒng)8</b></p><p><b>　　六、調(diào)試要點9<

6、/b></p><p><b>　　七、設(shè)計心得10</b></p><p><b>　　參考文獻資料11</b></p><p><b>　　一、設(shè)計目的</b></p><p>　　1．掌握時序邏輯電路的設(shè)計方法，靈活運用理論知識。</p><

7、p>　　2．提高學(xué)生的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計能力和實際動手能力。</p><p>　　3．進一步了解如何將數(shù)字電路設(shè)計應(yīng)用到自動控制系統(tǒng)中，從而提高解決實際問題的能力。</p><p>　　4．為學(xué)習(xí)和使用計算機打下良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　二、設(shè)計要求</b></p><p>　　十字交叉路口在城市，特別是

8、在大中城市可謂星羅棋布。為確保車輛安</p><p>　　全通過，行人安通過，在每個十字路口都設(shè)置了交通燈控制。今設(shè)計一個十字路口的交通燈控制，設(shè)計任務(wù)如下：</p><p>　　主、支干道交替通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。</p><p>　　綠燈亮表示可以通行，紅燈亮表示禁止通行。</p><p>　　每次綠燈變紅燈時

9、，黃燈先亮5秒(此時另一干道上的紅燈不變)。</p><p>　　十字路口要有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體要求主、支干道通行時間及黃燈亮的時間均以秒為單位作減計數(shù)。</p><p>　　在黃燈亮?xí)r，原紅燈按1Hz的頻率閃爍。</p><p>　　要求主、支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在0---99s內(nèi)任意設(shè)定。</p>&l

10、t;p><b>　　三、設(shè)計方案</b></p><p>　　該交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖如下所示。狀態(tài)控制器主要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(yīng)狀態(tài)的信號燈。秒信號發(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(dá)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?fàn)顟B(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個工作狀態(tài)決定計數(shù)器下一次

11、減計數(shù)的初始值。減法計數(shù)器的狀態(tài)由BCD譯碼器譯碼、數(shù)碼管顯示。</p><p>　　在黃燈亮期間，狀態(tài)譯碼器將秒脈沖引入紅燈控制電路，使紅燈閃爍。</p><p><b>　　四、芯片介紹</b></p><p><b>　　1、NE555</b></p><p>　　NE555定時器的引腳圖如下

12、：</p><p><b>　　2、CD4029</b></p><p>　　CD4029是一CMOS電路二進制/十進制可異步置數(shù)的可逆計數(shù)器。在本設(shè)計中，由兩片共同作用構(gòu)成減法計數(shù)器。CD4029芯片由B/D端控制二/十進制計數(shù)，當(dāng)B/D端為高電位（即為1）時，為二進制計數(shù)；相反為十進制計數(shù)。由U/D端控制其加/減計數(shù)，當(dāng)此端為高電位（1）時，為加計數(shù)；反之，為減計

13、數(shù)。由PSE端控制是否預(yù)置初始數(shù)，當(dāng)此端為高電位時，為有預(yù)置數(shù)；為低電位時，不預(yù)置初始數(shù)。它的CO端的輸出為借位輸出，CI端的輸出為進位輸出。</p><p>　　CD4029管腳排列圖如下：</p><p><b>　　3、74LS47</b></p><p>　　74LS47是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器 ，是數(shù)字集成電路，用于將BCD碼轉(zhuǎn)化

14、成數(shù)碼塊中的數(shù)字，然后我們就能看到從0-9的數(shù)字。 譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應(yīng)關(guān)系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用。</p><p>　　74LS47管腳排列圖如下：</p><p><b>　　4、74LS245</b></p&

15、gt;<p>　　74LS245是一個8位雙向三態(tài)緩沖器，又稱三態(tài)數(shù)據(jù)總線收發(fā)器。其邏輯功能為：當(dāng)控制信號=0時，若DIR=1，則數(shù)據(jù)傳輸通路為A→B；若DIR=0，則數(shù)據(jù)傳輸通路為B→A。而當(dāng)=1時，無論DIR為何值，A、B之間均呈高阻斷狀態(tài)。</p><p>　　74LS245管腳排列圖如下：</p><p><b>　　5、74LS00</b>&l

16、t;/p><p>　　74LS00是二輸入端四與非門。其引腳圖如下：</p><p><b>　　五、單元模塊</b></p><p><b>　　1、秒信號產(chǎn)生器</b></p><p>　　系統(tǒng)所需要的秒脈沖由定時器NE555所構(gòu)成的多諧振蕩器提供，多諧振蕩器如圖所示，其中1腳是電路地GND；8腳是

17、正電源端Vcc，工作電壓范圍為5~18V；2腳是低觸發(fā)端TR；3腳是輸出端OUT；4腳是主復(fù)位端RD；5腳是控制電壓端UcO；6腳是高觸發(fā)端TH；7腳放電端DISC。R1、R2和C為定時電阻和電容，C1為電壓控制端穩(wěn)定電容。在信號的輸出端產(chǎn)生矩形脈沖，其振蕩頻率為 f=1.44/( R1+2R2)C 。</p><p><b>　　2、狀態(tài)控制器</b></p><p&g

18、t;　　信號燈四種不同的狀態(tài)分別用(主綠燈亮，支紅燈亮)、（主黃燈亮，支紅燈閃爍）、（主紅燈亮，支綠燈亮）、（主紅燈閃爍，支黃燈亮）表示。其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：</p><p>　　采用CD4029二進制/十進制可異步置數(shù)的可逆計數(shù)器構(gòu)成狀態(tài)控制器，電路圖如下：</p><p><b>　　3、狀態(tài)譯碼器</b></p><p>　　主、支干道上紅

19、、黃、綠信號燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。他們之間的關(guān)系見真值表如下：</p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　對于信號燈的狀態(tài)，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。</p><p>　　各信號燈的邏輯函數(shù)表達(dá)式如下：</p><p>　　=·+·=

20、 =</p><p>　　=· =</p><p>　　=· =</p><p>　　=·+·= =</p><p>　　=·

21、=</p><p>　　=· =</p><p>　　現(xiàn)選擇半導(dǎo)體發(fā)光二極管模擬交通燈。見下圖2.2，由于門電路的帶灌電流的能力一般比帶拉電流的能力強，要求門電路輸出低點平時，點亮相應(yīng)的發(fā)光二極管。當(dāng)黃燈亮?xí)r，紅燈按1Hz的頻率閃|爍。從狀態(tài)譯碼器真值表可以得出黃燈亮?xí)r，QI必為高電平；而紅燈點亮信號與Ql無關(guān)。現(xiàn)利用Ql信號去

22、控制一三態(tài)門電路74LS245(或模擬開關(guān))，當(dāng)Q1為高電平時，將秒信號脈沖引到驅(qū)動紅燈的與非門的輸入端，使紅燈在黃燈亮其間閃爍；反之將其隔離。紅燈信號不受黃燈信號的影響。</p><p><b>　　4、定時系統(tǒng)</b></p><p>　　該定時器由兩片CD4029構(gòu)成的二位十進制可預(yù)置減法計數(shù)器完成；時間狀態(tài)由兩片74LS47和兩只LED數(shù)碼管對減法計數(shù)器進行譯

23、碼顯示；預(yù)置到減法計數(shù)器的時間常數(shù)通過三片8路雙向三態(tài)門74LS245來完成。三片74LS245的輸入數(shù)據(jù)分別接入30、20、5三個不同的數(shù)字，任一輸入數(shù)據(jù)到減法計數(shù)器的置入由狀態(tài)譯碼器的輸出信號控制不同74LS245的選擇信號來實現(xiàn)。例如當(dāng)狀態(tài)控制器在S1（Q2Q1＝01）或在s3(Q2Q1=11)時，要求減法計數(shù)器按初值5開始計數(shù)，故采用S1、S2為邏輯變量而形成的控制信號Q1去控制輸入數(shù)據(jù)接數(shù)字5的74L8245的選通信號。由于7

24、4LS245選通信號要求低電平有效，故Ql經(jīng)一級反相器后輸出接相應(yīng)74LS245的選通信號。同理，輸入數(shù)據(jù)接30的三態(tài)門74LS245的選通信號接主干道綠燈信號；輸入數(shù)據(jù)接20的三態(tài)門74LS245的選通信號接支干道綠燈信號。</p><p><b>　　電路圖如下所示：</b></p><p><b>　　六、調(diào)試要點</b></p>

25、;<p>　　1、首先調(diào)試秒信號發(fā)生器。先加電檢查線路，如能正常工作，即能輸出信號脈沖，接下來把脈沖信號接入示波器，用示波器監(jiān)視秒信號發(fā)生器的輸出，調(diào)節(jié)電位器Rw，使其輸出信號的周期為1s。</p><p>　　2、調(diào)節(jié)狀態(tài)譯碼器、信號燈的工作，把已調(diào)節(jié)好的秒脈沖引入狀態(tài)控制器脈沖輸入端，使控制器開始工作，在該脈沖作用下，三色信號燈是否按要求依次轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3

26、、調(diào)節(jié)減法計數(shù)器和數(shù)字顯示系統(tǒng)，把秒脈沖信號直接接入減法計數(shù)器，檢查數(shù)字顯示是否正確。</p><p>　　4、調(diào)節(jié)各置數(shù)器，把置數(shù)器和減法計數(shù)器連接好，并接入秒脈沖信號至減法計數(shù)器，把其中一個置數(shù)器控制端接低電平另兩個置數(shù)器接高電平，看置數(shù)是否正確。同樣方法檢查另兩個置數(shù)器。</p><p>　　5、把各個已檢查好的單元部分連接起來，接入秒脈沖信號，檢查燈亮和數(shù)顯之間是否正常對應(yīng)。<

27、;/p><p><b>　　七、設(shè)計心得</b></p><p>　　通過這次數(shù)字交通燈設(shè)計，我開闊了視野，通過搜集相關(guān)信息資料，鞏固了書本上所學(xué)的知識，提高了自己分析問題和解決問題的能力，達(dá)到了學(xué)以致用的目的。同時，通過融入課本所學(xué)的知識進入分析應(yīng)用，從而更加鞏固了我的電子技術(shù)知識，提升了我的電子技術(shù)水平。</p><p>　　另外，還進一步練習(xí)

28、了一些辦公軟件，如Word、Visio。為我即將融入社會作好了鋪墊。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.1999</p><p>　　[2] 姚福安.電子電路設(shè)計與實踐.山東科學(xué)技術(shù)出版社.2007</p><p>　　[3] 謝處方，饒克謹(jǐn).