数电设计——交通信号灯控制器

精品文档 1欢迎下载 数字逻辑系统数字逻辑系统 课程设计报告课程设计报告 题 目 交通信号灯控制器 专业 班级 12 级电子工程一班 学生姓名 学 号 指导教师 分 数 2014 年 1 月 16 日 精品文档 2欢迎下载 任务书 设计题目 交通信号灯控制器 学生姓名所在院系专业班级 设计要求 设计一个用于十字路口的交通灯控制器 能显示十字路口东西 南北两个方向的红 黄 绿的指示状态 1 东西方向绿灯亮 南北方向红灯亮 时间 15s 2 东西方向与南北方向黄灯亮 时间 5s 3 南北方向绿灯亮 东西方向红灯亮 时间 l0s 4 如果发生紧急事件 可以手动控制四个方向红灯全亮 禁止该道路的车辆通行 特 殊情况过后能恢复正常 附加功能 各任务完成时间 第 12 周 课设题目选定 第 13 周 查阅资料 制定方案 系统框图 第 14 周 设计单元电路 利用 proteus 进行电路 仿真 验证方案 第 15 周 制作电路板 第 16 周 验收实物 第 17 周 提交课设报告 参考文献阅读 1 康华光 电子技术基础 数字部分 M 第五版 北京 高等教育出版社 2006 2 辛长平 电工应用电路图说 M 电子工业出版社 2006 3 谢自美 电子线路设计 实验 测验 M 第三版 华中科技大学出版社 2000 4 电子发烧友论坛 百度文库 百度搜索等网络资源 任务下达时间 2014 年 12 月 2 日 任务完成时间 2014 年 1 月 15 日 指导教师 学生 精品文档 3 3欢迎下载 目录 一 设计任务目的 4 二 设计任务与要求 4 2 1 设计任务 4 2 2 设计要求 4 三 设计方案选取与论证 4 3 1 方案选取理由 4 3 2 方案的可行性 优缺点 5 3 3 方案设计选取 5 四 电路设计 8 4 1 单元模块电路设计 9 4 2 电路总图 12 五 制作及调试过程 13 5 1 装配和调试中的问题和解决办法 13 5 2 调试结果 13 5 3 元器件清单 14 六 结论 14 6 1 问题分析及解决 14 6 2 心得体会 15 七 致谢 16 八 参考文献 16 精品文档 4 4欢迎下载 一 设计任务目的一 设计任务目的 1 掌握交通信号灯控制器电路的设计 组装 焊接与调试方法 2 熟悉并掌握简单数字集成电路的设计和使用方法 二 设计任务与要求二 设计任务与要求 2 12 1 设计任务 设计任务 设计一个用于十字路口的交通灯控制器 能显示十字路口东西 南北两个 方向的红 黄 绿的指示状态 2 22 2 设计要求 设计要求 东西方向绿灯亮 南北方向红灯亮 时间 15s 东西方向与南北方向黄灯亮 时间 5s 南北方向绿灯亮 东西方向红灯亮 时间 l0s 如果发生紧急事件 可以手动控制四个方向红灯全亮 禁止该道路的车 辆通行 特殊情况过后能恢复正常 附加功能 三 设计方案选取与论证三 设计方案选取与论证 3 13 1 方案选取理由方案选取理由 该交通灯控制器是分两条东西 南北的 两个方面的时间是不同的 东西方 向通行 15s 南北方向 10s 这就要求我们要有两个计数器 根据我自己的经验 东 西方向通行 15s 完 倒计时数字显示器会显示到 0 然后切换到南北方向通行 10s 完之后 倒计时数字显示器也会显示到 0 之后然后切换到南北方向 这样如此循 环 用两片 74LS192 芯片来构成对应进制的计数器 设计一个 16 进制和一个 11 进制的计数器 可以由于是 15 和 10 之间循环切换 我们可以用利用 JK 触发器的 翻转功能来实现两种进制计数器之间的切换 当然还有每个方向倒计时只有 5s 时 黄灯闪 一直到 0 为止 由于黄灯是当两个计数器倒计时到 5 时开始闪 我们 就可以在这时发出一个脉冲然后一直保持到 0 或者是接收 0 至 5 这段时间的脉 精品文档 5 5欢迎下载 冲都可以控黄灯只在到了这段时间才亮 还有就是一个紧急开关 我们可以控制 在出现紧急情况时使用清零端使之清零 并且红灯直接接到电源 使之一直处于 亮的状态 3 23 2 方案的可行性 优缺点方案的可行性 优缺点 可行性 所需材料不多 在学生经济范围内 方案思路逻辑均无问题可以 实施 软件仿真正常 优点 电路整体设计简单 逻辑清晰 方便实现 缺点 用万用板连线容易出问题 制作繁琐 容易出现不稳定跳变情况 3 33 3 方案设计选取方案设计选取 1 分解任务要求 根据任务要求设系统有以下状态 S1 东西方向绿灯亮 南北方向红灯亮 时间 15s S2 东西方向与南北方向黄灯亮 时间 5s S3 南北方向绿灯亮 东西方向红灯亮 时间 l0s S4 如果发生紧急事件 可以手动控制四个方向红灯全亮 表 1 指示灯状态转换表 灯 电路状态 S1RS1RS1GS1GS2YS2YS3RS3RS3GS3G S111000 S200100 S300011 S410010 注 R G Y 红 绿 黄灯 0 表示灭灯 1 表示亮灯 2 主电路设计 主电路实现 S1 S2 S3 状态的转换 另外可以在任何一个状态进入 S4 并能恢复正常工作状态 精品文档 6 6欢迎下载 实现 S1 15s S2 5s S3 10s 电路采用器件 a S1 Q3 使用 2 个 7473 实现 T 触发器功能 JK 触发器包含 SR 触发器和 T 触发器的功能 J K T 则得到 T 触发器 b S4 使用或门 非门实现 从 表 1 可知 411SSRS 不能出现红绿同时亮的情况 411SSGS 不能出现红黄同时亮的情况 422SSYS 433SSRS 不能出现红绿同时亮的情况 433SSGS c 使用 74192 同步可逆 10 进制计数器 2 个 3 方案分析 表 2 方案分析表 4 系统框图 项目项目实现方法实现方法优点优点缺点缺点 S1 S3 2 个 JK 触发器下降脉冲触发 与时钟信号匹配 S4 与门解除紧急 S4 后回到原状态 T 2 个 74192 计数 器 容易处理 可显 示数值 精品文档 7 7欢迎下载 总系统框图总系统框图 精品文档 8 8欢迎下载 四 电路设计四 电路设计 总体模块设计 精品文档 9 9欢迎下载 4 14 1 单元模块电路设计单元模块电路设计 1 脉冲生成电路 工作原理 利用 555 定时器构成多谐振荡电路 产生脉冲 功能 用 555 设计简单的 1HZ 脉冲电路 2 时钟控制系统 工作原理 利用 74LS192 十进制可逆计数器 74LS48 七段数码管译码器驱 动器 74LS153 数据选择器功能 达到时钟控制 功能 使用下降时序 个位 十位两片 74LS192 经两片 74LS48 连接数码 管 数据状态通过判断条件进入选择器 74LS153 判断条件成立后执行清零 精品文档 10 10欢迎下载 3 时序控制 工作原理 利用 74LS73 和 74LS86 JK 触发器包含 SR 触发器和 T 触发器 的功能 进行状态选择 功能 改装的 TFF2 个 实现 S1 S2 S3 状态的转换 精品文档 11 11欢迎下载 4 判断时钟 功能 判断 74LS192 和 74LS73 的状态 满足条件输出 74LS192 的清零使能 和 74LS73 的 CLK 信号 5 输出调整电路 工作原理 74LS138 译码功能 以及 74LS04 74LS32 进行一系列逻辑运算 功能 翻译 S1 S2 S3 对应 LED 的 5 个状态 GSRSYSGSRS3 3 2 1 1 以及输出调整 6 紧急电平开关控制 LED 的状态 功能 实现紧急情况时所需双红灯显示 精品文档 12 12欢迎下载 4 24 2 电路总图电路总图 电路完整工作过程描述 总体工作原理 精品文档 13 13欢迎下载 五 制作及调试过程五 制作及调试过程 5 15 1 装配和调试中的问题和解决办法装配和调试中的问题和解决办法 1 555 输出的脉冲略快与 1HZ 分析根据 T 0 7 R1 2R2 C 可知 更改电 容或电阻 使其尽可能的接近 1HZ 调试后误差得以减小 1 数码管不显示或显示不全等问题 于是对显示部分检查 发现有些接触不 良的情况 重新焊接固定 调试后问题不再出现 2 数码管 LED 均显示 但无状态跳变 分析可能是电路正负极短路问题 检查电路 是否有短路情况 未果 重新焊接一个板 分布焊接 调试 先接 脉冲生成电路时钟控制部分接时序部分 将脉冲电路接入时钟控制 方便检查 修改 5 25 2 调试结果调试结果 首先东西方向绿灯亮 南北方向红灯亮 时间 15s 接着东西方向与南北方向 黄灯亮 时间 5s 然后南北方向绿灯亮 东西方向红灯亮 时间 l0s 三种状 精品文档 14 14欢迎下载 态循环 按下紧急事件电平开关 四个方向红灯全亮 禁止该道路的车辆通行 特殊情况过后再按一下开关恢复正常 继续在三种状态间循环 5 35 3 元器件清单元器件清单 表 3 元器件清单表 序号型号数量备注 174LS042 274LS322 374LS482 474LS731 574LS861 674LS1381 774LS1531 874LS1922 95551 精品文档 15 15欢迎下载 六 结论六 结论 6 16 1 问题分析及解决问题分析及解决 2 在起初的设计方案中 只把每个状态时间控制到一定时间内 但未设置 成倒计时 经过重新设计时序部分 最终改成了倒计时 3 555 输出的脉冲略快与 1HZ 分析根据 T 0 7 R1 2R2 C 可知 更改电 容或电阻 使其尽可能的接近 1HZ 以减小误差 4 当焊完电路调试时 电路不工作 数码管不了 状态无法跳变 分析有 两种可能性一是芯片问题 二是电路问题 所以先检查芯片 发现 74LS48 74LS 153 74LS192 都存在问题 最后重新购买了一批芯片 检测无 故障后安装在电路上 5 数码管不显示或显示不全等问题 分析有两种可能性一是数码管问题 二是电路问题 先是对显示部分检查 发现有些接触不良的情况 重新焊接固 定 6 数码管 LED 均显示 但无状态跳变 分析可能是电路正负极短路问题 检查电路 是否有短路情况 未果 重新焊接一个板 分布焊接 调试 先接 脉冲生成电路时钟控制部分接时序部分 将脉冲电路接入时钟控制 将所有芯 片的接地接电源并调试已接电路 然后相继焊接时序控制 输出调整电路 LED 灯 每步都进行调试检测 这样方便检查修改 100 01uF1 11 C 10uF1 1210 2 1339K 1 14 R 51K 1 15 LED 红绿黄 6 16 开关 1 精品文档 16 16欢迎下载 6 26 2 心得体会心得体会 通过本次数电课程设计使对课堂上的理论知识有了更深一步的了解 加强 了动手 思考 解决问题的能力 也增强了对数字电子技术这门课程的兴趣 加深了对电子元件的工作原理 能够熟知它们封装管脚图和实现的基本功能并 运用 在整个过程中 我根据自己所学知识设计出了交通灯控制器的原理图 其中 经过多次修改 优化 使我懂得数电设计的基本要求和知识 意识到自 己还需要加强学习 本次设计采用的是万用板 焊接的过程中 也是考验焊接功底和细心的过 程 只要稍稍不留神就很有可能接错线和管脚 很有可能由于一时不仔细而导 致整个交通灯功能无法实现 而且检查麻烦 将要花费大量时间去发现错误和 排查错误 而且最后也有可能是事倍功半 正因如此 在再次焊接时 采用分 步法 分模块焊接分步调试 通过这次课程设计 提醒了我在做设计要有思维 严谨的科学精神 也让我明白了如果在专业的路上走下去 这种精神是必不可 少 其次 在此次设计过程中电子设计软件 有了进一步的了解和熟悉 同时 在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步提高 在设计过程中从遇到问题 发现问题所在 构思解决问题 增强了自我纠错能力 此次课程设计 让我深感还未完全理解数字电子技术上的理论 我还会继 续学习和研究 在今后的学习中 应该结合实例来学习理论知识 也使我向更 高的精神和知识层次迈向一大步 所以在以后的学习生活中 我会努力学习 培养自己独立思考的能力 积极参加多种设计活动 培养自己的综合能力 从 而使得自己成为一个有综合能力的人才而更加适应社会 七 致谢七 致谢 本次课程设计全部工作是在刘康老师悉心指导和同学的热情帮助下完成的 老师严谨的治学态度 渊博的学识 身体力行的作风使我受益匪浅 在整个课 题研究期间 材料查找 方案设计 仿真图的绘制与 protues 软件的应用 一 直到电路板的焊接与调试 都源自老师及同学的指导与探讨 在此 谨向老师 和同学致以最真挚的谢意 精品文档 17 17欢迎下载 八 参考文献八 参考文献 1 康华光 电子技术基础 数字部分 M 第五版 北京 高等教育出版社 2006 2 辛长平 电工应用电路图说 M 电子工业出版社 2006 3 谢自美 电子线路设计 实验 测验 M 第三版 华中科技大学出版社 2000 4 电子发烧友论坛 百度文库 百度搜索等网络资源 数字逻辑系统数字逻辑系统课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表 序号