数电课设交通信号灯

1、一、 概述数字电子技术基础这门课程是我们大学生的必修基础课，学完这门课之后，自己觉得自己对新兴科学的了解又更深了一步，并且，自己对于先进科学的发展也又深刻了一些，除了在课堂上听老师讲课之外，我自己在课后也有查阅相关的资料，加深自己对于这门课的掌握程度，在这门课上完之后，总体上，自己觉得自己的理论知识有了很大的升华，但还是欠缺实践动手的能力，很幸运，学校在期末给我们安排了这门数字电子技术基础课程设计，这让我们有了更多的动手实践的时间，有了更多自己独立思考的时间，在这两周的时间里，我们的时间很充裕，在自己动手过程中，如果有疑难不解的问题时，可以自己去图书馆查阅相关的资料或者自己去问老师，这都可以，

2、而且，在做仿真的时候，自己需要用到multisim12这种软件，然而在现实实际中，这种软件用的非常频繁，自己对于各种元器件的使用会更加熟悉，将来有机会从事这方面的工作时,自己的这种能力会很有用的，在中学的时候，所在的中学虽然是一个重点高中，但是学校所重视的不是学生的动手能力，而是学生们的考试能力，因此，学生们虽然会考很高的分，但是动手能力真的是很弱很弱，这样的教育是没什么意义的，所以学生们基本上没什么创新能力，这样对于学生一点好处都没有，学生们以后也不会有太大的进步，这样对于一个国家的进步也没什么好处，这样只会是国家的发展处于停滞状态，在将来，势必会处于落后状态，但是到了大学以后，在大学这一个

3、大环境中，大学所重视的不是学生们的考试能力，而是学生们的综合素质，尤其是动手能力，大学的这种教学模式是极其有用的，对于学生的发展是很有用的，在大学里，我们有更多的时间去动手亲自做实验，并且，在学校里，学生们也有很多的闲置时间去自己独立思考，从而学生们能够有更多的空间去发展自己的动手能力，不管怎么说，在做课设的时候，自己的思维能力会有很多的提高，自己在动手实验中，不仅动手，同时也是在独立思考着，这才是课设的最大意义，真的，通过这次课设，学生们会有很多的机会与时间来查阅资料，从而来充实自己的知识储备量，在这样的环境下培养出来的学生们一定会是非常厉害的，学生们了解了前沿科学技术，对于世界先进技术有了

4、一个底，会很有用，总而言之，这门课程设计任务对于我的实践动手能力会有质的提高，对于自己了解前沿科技会有很大的作用。二、方案论证 此次设计要求设计一个汽车转向灯控制电路。技术指标如下：1.设计时钟产生电路，时钟信号频率为1HZ；设计电源电路；2.左转时，左边三个指示灯按“全亮”->“亮2个”->“亮1个”->“全灭”四种状况依次变化，如图 1 ；3.右转时，右边3个指示灯按“全亮”->“亮2个”->“亮1个”->“全灭”四种状况依次变化，如图 2 。所设计的汽车转向灯电路主要是由向左转、向右转开关，时钟产生电路，向左转、向右转控制电路，驱动电路以及向左转、向右

5、转发光二极管LED指示灯等这几个重要组成部分所构成的，此电路的原理框图就如图 3所示。并且，在各个组成部分的构成元器件有不同时也就有了不同的设计方案出来。在开始设计实现电路的时候，酝酿了两种不用的电路实现设计方案，而这两种方案的不同之处在于所用的驱动电路，驱动电路是很重要的，两套方案的驱动电路不一样，从而使两套方案产生本质的区别。 图1 左转指示灯闪动规律图2 右转指示灯闪动规律左转右转开关左转右转提示灯驱动电路左转右转控制电路时钟产生电路 图3 汽车转向灯控制电路原理框图方案一： 本方案中的驱动电路部分是由组合逻辑器件所组合构成的。在电路中通过使用计数器的四种循环状态来作为驱动电路部分的输入

6、端的输入信号，从而驱动电路依据所接受到的输入信号来进一步输出信号，即输出 000、100、110、111 四个状态。当然，在这时会用到555定时器、异或门等逻辑器件，本方案的总电路设计相对于其他任何电路都较简单，所用到的元器件也很少，在价钱方面，会比其他电路设计所要的开销要少很多。方案二：本方案所设计的驱动电路是由两片 CD4522 芯片所组成构成的，两个芯片来分别控制左转右转电路中的各 3 个发光二极管LED指示灯。这套方案要用到的元器件相对第一套方案会多一些，这是缺点，但是，在性价比方面来说，相比来说会比较低，另外此套方案设计的电路的缺点是这个电路只是用到了3个输出端来输出信号，除此之外，

7、芯片的另外5个输出端一个也没有用到。两方案的比较：就电路性能方面而言，方案二的更胜一筹，但开销有些多，而且电路中也有些缺陷，而方案一电路性能会差一点，所用元器件少一些，但也能实现预期所要的所有功能，并且性价比也很高，所以，综合所有的因素，本次电路设计使用方案一为宜。三、电路设计1.时钟产生电路对于本次本方案设计所要实现的功能中，时序逻辑器件是很重要的一部分，并且，对于时序逻辑器件来说，脉冲信号又是时序逻辑器件不可缺少的部分。在此次我设计的方案中使用的是多谐振荡器，很好的是，它是一种自激振荡器，在它接通电源以后，根本不需要再外加触发器，便能够自动地产生方波信号。在本次方案中，可以用 555 定时

8、器制作脉冲信号。555 的内部结构可等效成 23 个晶体三极管、17 个电阻、两个二极管、组成了比较器、RS 触发器、等多组单元电路。特别是由三只精度较高 5k 电阻构成了一个电阻分压器。为上、下比较器提供基准电压。所以称之为 555，其功能表如表 1 所示。555 定时器有 8 个引脚，引脚排列如图 4 所示，引脚功能如下：1 地 GND2 触发3 输出4 复位5 控制电压6 门限(阈值）7 放电8 电源电压 VCC 图4 LM555的引脚排列图各个元器件的数据推理过程如下： 假设 C1 = 10µF,电容的充电时间 T1和放电时间 T2。 T1 = ( R1 + R2) Cln(

9、Vcc VT-)/( Vcc- VT+) = ( R1 + R2) Cln2 T2 = R2 Cln(0 VT+)/(0 - VT-) = R2 Cln2 故电路的振荡周期为 T = T1 + T2 = ( R1 + 2R2 ) Cln2 振荡频率为 = 1/T = 1/( R1 + 2R2 ) Cln2 要求脉冲信号频率为 1Hz，则 T=1s。若取 C1 = 10µF, R2 = 55K，R1=32K代入得 C2 = 10µF。由 555 定时器构成的多谐振荡器如图 5 所示： 图5 555 定时器构成的多谐振荡器2.左转右转控制电路本方案中的左转右转控制电路部分是由两

10、片时序逻辑器件74194N 所组成构成的。元器件74194N 是 一个4位二进制加法计数器，元器件74194N具有很多功能，比如同步置数与异步清零这一些重要的功能等等。74194N这一元器件的意义是很大的，元器件74194N的引脚排列如图 6 所示。 图6 74194N的引脚排列图 在本套方案所设计的总电路图中74194N所起的作用是控制作用，元器件74194N在电路正常连接时，当开关键闭合时，通过接受LM555所产生的信号来作为本芯片的输入端的输入信号进而来产生输出信号来传给驱动电路，从而驱动电路来使发光二极管LED提示灯正常工作，元器件74194N各引脚的功能如下： 当 RD为低电平时所有

11、触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响；RD高电平时则执行其他功能。 当 RD高电平、LD低电平，且 CLK 上升沿计数脉冲到达时，数据直接从数据输入端 D0、D1、D2、D3置入计数器。 当 RD高电平、LD高电平 1 而 EP 、ET 中至少有一个为高电平时，保持原来的状态不变，同时 C 的状态也保持。 当 RD高电平、LD高电平而 EP 高电平、ET 高电平时，CLK 上升沿计数脉冲到达时,计数器执行计数功能。 在本次设计中只用到 4 个输出状态即 QA、QB、QC、QD 输出为 0100、0101、0110、0111，这四个状态为一个循环，利用一个三输入与非门进行置数

12、就可以实现这个功能。74194N 实现三个输入的与非功能。由 74194N 构成的左转右转控制电路如图 7 所示。 图7 左转右转控制电路3. 驱动电路和左转右转提示灯电路在本次设计方案中驱动电路部分是由六片异或门芯片所组合构成，然后再由开关的闭合与否来确定是否来实现向左转、向右转发光二极管LED提示灯电路工作时所要实现的功能。再者，由于本次方案设计中只是才用到了QA、QB、QC 三个输出端，当 DCBA 输入为 0100 时QA、QB、QC输出 100；当 DCBA 输入为 0101 时QA、QB、QC输出 110；当 DCBA 输入为 0110 时 ，QA、QB、QC输出 111。当 DC

13、BA 输入 0111 时，则有 QA、QB、QC输出 000。每当 QA、QB、QC输出为 0 时，发光二极管LED提示灯就将会按照规则而发光，也就是说低电平这一信号有效。在当这四个状态循环的时候，向左转、向右转提示灯将会按图 1 和图 2 所示的规律而正常的闪烁。所以，本方案就选择 QA、QB、QC的输出信号来作为向左向右转发光二极管LED提示灯的输入信号，然而DCBA 的输入信号又是被计数器输出端所输出的四个循环信号所控制。驱动电路和左转右转提示灯电路如图 8 所示。 图8 驱动电路和左转右转提示灯电路四、 性能测试 在本方案中在Multisim 12环境下对电路进行了很仔细的测试，测试过

14、很多次，有时弄出的结果会很奇怪，更有甚时，测试结果与预期的一点都不一样，本次测试效果如图 9 到图 12 所示，测试结果以左转电路灯为例。因为本方案所选用的器件74L194N 是四位二进制计数器，因此只能从 0000开始才会计数，然而实际电路正常工作时所需要的是要从 0100 开始计数，所以在电路每次正常工作之前必须要经过 0000 到 0110 这 7 个非常不必要的状态。在电路中的计数器开始从置数端工作后开始计数时，电路正常工作，且向左转、向右转发光二极管LED指示灯就将会分别按照图 1、图 2 所示的规律闪烁，即其将会按照预期的设计思路正常工作。 图9 左转电路正常工作的状态 1 图10

15、 左转电路正常工作的状态 2 图11 左转电路正常工作的状态 3 图12 左转电路正常工作的状态 42.示波器显示LM555定时器频率的测试 图13 示波器测试LM555的仿真电路 图14 时钟电路产生波形输出五、结论 在这次设计方案中，我做了很多尝试，并且在我所设计的电路经过 Multisim 12的测试中，开始时有 7 个状态即 DCBA 输入为 0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110 这些状态不为所要求的状态，在之后就会形成 4 个状态即为 DCBA 输入为 0111、0100、0101、0110 这 4 个循环状态，c、d、e 输出为 000、100、11

16、0、111 这 4 个循环状态再经过开关的控制指示灯就能按照要求的规律完成闪烁活动。课程设计是培养我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。这次课程设计可以说有很大的收获，自己在这学期的过程中随着数电课自己慢慢学习Multisim 12，自己运用课设这个机会运用自己所学，利用Multisim 12设计了这个汽车转向灯系统，开始时由于对数电知识的掌握不是很熟悉，刚开始时，常常不知道怎么去设计电路，常常会感到无从下手，再用Multisim 12进行仿真的时候，Multisim 12时常报错，但却不知道该怎么样去纠正 利用

17、数电知识设计好几个方案感觉都不能很好的达到汽车转向灯的控制。这段几次的课程设计，我对计算机自动化有了更深入的了解。 参考文献1 阎石主编. 数字电子技术基础. M北京：高等教育出版社，1998 年.2 电子技术课程设计指导书，彭介华编著，高等教育出版社，2000年.3 孙肖子、邓建国等主编. 电子设计指南. M北京：高等教育出版社，2006 年.4 数字电子技术基础第五版， 阎石主编， 高等教育出版社，2006年.5 李秀人主编. 电子技术实训指导. M西安：国防工业出版社 2006 年.6电子线路设计·实验·测试 第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社2006年. 7 赵淑范、王宪伟主编. 电子技术试验与课程设计.