数字电路课程设计报告(参考模板)

1、滁州学院课程设计报告课程名称：数字电路课程设计设计题目：交通灯控制系统院（部）：机械与电子工程电学院专 业：学生姓名:学 号:起止日期：2012年6月7日 201年6月22日指导教师：华贵山目录摘要关键词1 1.1 1.2 2 2.112课程设计报告书一般有如下内容：1. 目录目录是将报告书内的章节标题依次排列。2. 需求分析主要内容包括本课程设计题目、课程设计任务及要求、课程设计思想、软硬件运行环境及开发工具。3. 概要设计主要叙述本课题设计的流程图（各功能模块）、主要的数据结构、完成本课程设计所用方法及其原理的简要说明。4. 详细设计主要是本课题所需要的硬件设计与软件设计，包含建立设计所需

2、的数学模型并列出必要的计算公式、计算过程及说明，硬件电路的设计与实现，写出设计计算结果；绘出计算机程序框图，写出自编的程序。5. 调试与操作说明系统调试分析与操作使用说明。6. 课程设计总结与体会主要对本课题开发过程进行归纳和总结，本课题在设计过程中所遇到的技术难点及解决方法。还应包括本课题尚存在的问题，以及进一步开发的见解与建议。并写出通过本次课程设计的收获和体会。7. 致谢以简短的文字对在设计研究和设计报告撰写过程中曾直接给予帮助的人员表示自己的谢意8. 参考文献为了反映论文的科学依据和作者尊重他人研究成果的严肃态度以及向读者提供有关信息的出处，应列出本课程设计所涉及的主要参考文献。9.

3、附录有些材料编入文章主体会有损于编排的条理性和逻辑性，或有碍于文章结构的紧凑和突出主题思想等，可将这些材料作为附录编排于全文的末尾。交通灯控制系统摘要： 本文着眼于目前普遍应用在城市道路上的交通灯控制系统，设计了一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路。进行交通灯状态变换的分析和交通灯总体框架的设计。关键词：交通灯控制电路proteus 仿真 电路设计1 引言1.1 设计任务首先设计让倒计时显示器按规律运行的电路，再通过倒计时电路的信号来控制交通灯按4 种状态循环变换。电源电路采用9V 变压器、 整流桥和稳压管，使220V 的交流电转换为5V 的直流电。4Hz 方波脉冲由555 定时器产

4、生，再由 74LS193 实现 4 分频， 最终输出1Hz的脉冲信号；用两块74LS193 实现倒计时，一块显示十位，一块显示个位，用2 个 D 触发器 74HC74 实现30s， 20s， 5s 时间的转换；利用倒计时电路控制4 个状态。最后通过74LS138 和相应的逻辑门实现对交通灯亮灭的控制。1.2 要求设计一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路。要求如下：（ 1）南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30s、支干道每次通行间为20s；（ 2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器

5、进行显示（采用倒计时的方法）；（ 3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5s 钟，才能变换运行车道；（ 4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；（ 5）同步设置人行横道红、绿灯指示。（ 6）设计相关提示：所设计的交通路口为一十字路口，不涉及左右转弯问题2 交通灯控制电路分析2.1 交通灯运行状态分析交通灯控制电路，要求每个方向有三盏灯，分别为红、黄、绿，配以红、黄、绿三组时间到计时显示。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。每盏灯顺序点亮，循环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运行状态共有四种，分别为：状态0：东西方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通

6、行。状态1：东西方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；状态2：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；状态3：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；4 种状态循环往复，并且红灯的倒计初始值为绿灯的倒计初始值和黄灯的倒计初始值之和。交通灯电路的具体运行状态框图如图2.1（人行道交通灯未标明）所示： oo oo*状态0Q东西方向绿灯亮Oog状态1o东西方向黄灯亮 oOoo,oo。育|状态2;南北方向绿灯亮OOOooo状态3南北方向黄灯亮OOO图2.1交通灯运行状态分析

7、图2.2电路工作总体框图交通灯控制电路主要由以下几部分构成，如图2.2所示，有电源电路，脉冲电路，分频电路，倒计时电路，（交通灯）状态控制电路，灯显示电路。3所需各部分电路设计3.1 电源电路：电源电路主要由整流、滤波、稳压三部分组成，用于供给数字电路的工作电源。整流部分由变压器与整流桥KBP210G组成。220V、50Hz的交流输入经过变压器之后，输出9V、50Hz的交流电压。该电压输入整流桥，整流桥由四只整流二极管接成电桥的形式组成。整流桥输出 8.1V的直流电压。滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，由 1mF 的电容组成电容滤波电路。电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适合

8、负载电压较高，负载变动不大的场合。稳压电路用于稳定电压的输出，由三端集成稳压器L7805和电容组成。C2、C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的 高频干扰，C4用于减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。图3.1稳压电源4Hz的矩型方波，实现脉冲电图3.2 555定时器原理图3.2 脉冲电路：利用555定时器为主组成多谐振荡器，输出 路功能。555定时器的原理图如图 3.2所示，功能表如表1所示:侬1 5注定时器功能表输入阀值输入（%J触发输入J复位（更）输出也）放电管TXX00导通a 3311战止3占1(1导通1不变不变组成的脉冲电路如图 3.3所示:图3,3

9、J冰冲电解f* =（居十 %）UIn 2 A S“曷+ R2）C143根据功能表和电路图计算如右式:（凡+2旦）C取 R1=10kW, R2=10 kW , C=1.6uF。即可实现输出 4Hz的矩型方波。值得注意的是，在输出端接上了一个开关, 3.3分频电路 分频电路利用计数器 路如图3.4所示：可以控制系统工作的开始和暂停。74LS193来实现，根据上面计算取4分频，即输出为2 Q端，电DCD 1。二D3U 16TCUTOO时阿脉冲PLrdF=图3.4分频电路3.4 倒计时电路：十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以

10、每 s减1的计数方式工作，直至减到数为5和0,十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。根据题目的要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30s、支干道每次通行时间为 20s。也就是一个循环是50s,如此先显示 30s后显示20s倒计时，然后再显示 30s倒计时，以此类推。设计时采用两块 74LS193, 一块是显示十位，一块是显示个位。个位接成十进制，从 9开 始倒计时，当到达 0时，向高位发出一个借位信号，再继续从9倒计时。一开始使十位数置数为3,二进制为0011,个位数为0,二进制为0000,

11、此时个位产生一个借位信号给十位的脉冲输入端，十位的 74LS193芯片倒计时一次，结合个位的设置，电路从 30开始倒计 时。当主车道绿灯亮了 25s,倒计时也已经数到了5 了，此时，个位显示 5,十位显示0,主车道的绿灯熄灭，主车道的黄灯开始倒计时闪亮5s,当倒计时到0后，个位芯片74LS193发出一个借位信号，向高位借数，但是高位已经是0 了，按照要求此时十位应该是从0翻2,即二进制0010,为了实现这功能，通过研究十位的二进制数发现，十位的二进制是从 0011、0010、0001到0000计数完，翻转为二进制 0010,然后从0010、0001到0000倒计时，当 到0000后就结束一个循

12、环， 又从0011开始新的一个循环。 从二进制0011和0010两个不 同的预置数，发现可以用 1个D触发器74LS74接成T触发器并把Q端接至十位倒计时 的最低位来完成这个功能。高位产生借位信号时将Q端的信号置入，当这个借位信号（低电平）消失后，产生一个上升沿的脉冲信号，使T触发器翻转然后保持，下一个借位信号来时就把此时的 Q值置入（此时 Q值为原来的非，即由 0变1或由1变0）,然后翻转。 通过以上置数方式可实现 0011和0010的交替置入。另外，通过在特定时刻（倒计时高位 由0000变为0010后）对T触发器进行清零，可实现主次干道通行时间的调整。最后将电 路的倒计时接到译码器 74H

13、C4511 ,再接到共阴极数码显示管上显示十进制数字。据此画出 倒计时电路如下图图 3.5所示：3.5 状态控制电路如图2.1,用倒计时控制灯的变化，先将图示状态0、1、2、3编码为00、01、10、11,当倒计时为30、20、5的时候产生一个信号给状态转换的电路，而这个信号是电平信号的话就很难实现，所以又用了边沿触发，此时用计数器表示状态，取其低两位的计数态00、01、10、11为灯的状态，这样的话，来一个边沿信号就能使计数器加一，实现上述四状态转换。画出状态控制电路信号转换表如下表表 2所示：高位低位状态转换信号Q-QsQQtQ&QiQocp（ T）00110000T0010000

14、0T00000101T由表得出CT （ T ）的表达式:= 2mpe N（T）a（T）G（T） + P式T） + * T） 电路图如图士A1Jtz-H15扑制脉冲J10 c图3.6状态控制电路3.6 灯显示电路首先要把控制的脉冲接入计数器74LS193的非减数的脉冲端，因为脉冲主要有四个，四个为一个循环，只取计数器的低位两位即可，除了让计数器工作的接入端需要接电平外，其他端都不用接，再将计数器的低两位接入译码器74LS138的低位两端，从译码器输出四位0y、1 y、2 y、3 y信号，低电平有效，每一种低电平表示一种状态，用 1 G、1 Y、1 R 表示主干道的绿灯、黄灯、红灯，用2 G、2

15、Y、2 R表示支干道的绿灯、黄灯、红灯，用12 G、态表如丁12 R表示主干道方向上的人行道，、表 表 3所不。用22 G、22 R表示支干道上的人行道，得出状状态扉码信号力尤必先主车道耳&(j2支车道1;也主人行道G|士%支人行道G” 在纪0011101000010010111010100011 001J01011()0110001011011J00J0100 110由表得个各个灯的表达式:1,_G? = Gj十匕=y 口十.尺1=选'十 一_Rl2 = Rl = y2 +g2 = % 仃 G* = G、+ 工=y 7 + 冗Rr = j% + v.一尺2 - y。+ ? 1为了让黄灯能每s闪亮一次，可以在黄灯那里加入一个与门，把黄灯发亮的信号当成是与门的开通信号，与门的另一端接入时间脉冲，那么黄灯就可以实现每s闪亮一次的功能了。画出灯显示电路如图 3.7所示：控硼冲倒鼻彝主=proteus仿真软件画出总体电路图如3.7 总体电路图：根据上面各功能电路的设计整合，用3.8 所示：图3.8交通灯控制电路4结束语由于知识的局限性，大部分设计思想和电路都是参照书本，设计的电路可能只是理论上的东西，是纸上谈兵，要真的实现，对于对数字逻辑知识整体掌握很少的我可能还有一定的困难， 并且，这样的设计方法和电路