1、揚州大學能源與動力工程學院本科生課程設計題 目： 交通燈邏輯電路設計 課 程： 數字電子技術基礎 專 業： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣0802 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 2010.6.18 數字電子技術基礎課程設計任務書一、課程設計的目的 本課程是在學完數字電子技術基礎、數字電子技術實驗之后，集中一周時間，進行的復雜程度較高、綜合性較強的設計課題的實踐環節，通過該教學環節，要求達到以下目的： 1. 使學生進一步掌握數字電子技術的理論知識，培養學生工程設計能力和綜合分析問題、解決問題的能力； 2. 使學生基本掌握常用電子電路的一般設計方法，提高電子電路的設計和實驗能力；

2、 3. 熟悉并學會選用電子元器件，為以后從事生產和科研工作打下一定的基礎。二、課程設計的要求1. 設計時要綜合考慮實用、經濟并滿足性能指標要求；2. 必須獨立完成設計課題； 3. 合理選用元器件； 4. 按時完成設計任務并提交設計報告。 三、設計題目及內容交通信號燈控制器（1）設計計時顯示電路(減“1”計數)（2）南北、東西方向綠、黃、紅燈亮時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環為36秒。黃燈是間歇閃耀 （3）可以手動調整夜間為黃燈閃耀六 、器件與器材1、 二輸入四與非門 74ls002、 四輸入雙與非門 74ls203、 六倒相器 74ls044、 八輸入與非門 74ls305、 正沿雙d

3、觸發器 74ls746、 3線-8線譯碼器 74ls1387、 可逆移位寄存器 74ls1948、 同步十進制可逆加、減計數器 (8421 bcd碼) 74ls1929、同步十進制加法計數器 74ls16010、振蕩分頻器 cd406011、bcd七段顯示譯碼器 74ls4812、雙四選一數據選擇器 74ls15313、八線驅動器 74ls24414、555定時器 55515、led共陰七段數碼管 bs20716、石英晶體(4m、2 m、32768 hz)17、微動開關、撥盤開關、繼電器、led(紅、綠、藍)、電阻、電容、二極管、三極管、光敏二、三極管、導線等。22、工具(鑷子、剪刀、萬用表、

4、電烙鐵)八、參考文獻1、“模擬電子技術基礎”和“數字電子技術基礎”教材；2、有關“電子技術課程設計指導書”；3、“集成電路特性應用手冊”；1、 eda技術使用教程2、 其他。九、設計總結報告主要內容1、 任務及要求；2、 方案特點；3、 各組成部分及工作原理(應結合框圖寫)；4、 單元電路設計與調試；5、 總邏輯圖；6、 總裝配圖；7、 實驗仿真結果；8、 實驗結果分析(畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析)；9、 調試中出現問題的解決；10、改進意見及收獲體會等。目 錄1 設計任務及要求.（7）2 系統總體設計方案.(9)2.1 總體設計方案2.2 方案特點3 控制電路設計.（10） 3.

5、1 控制電路工作原理 3.2 參數計算3.3 器件選型4 振蕩電路設計.（11） 4.1 振蕩電路工作原理 4.2 參數計算4.3 器件選型5 計數電路設計.（11） 5.1 計數電路工作原理 5.2 參數計算5.3 器件選型6 譯碼顯示電路設計.（11） 6.1 譯碼顯示電路工作原理 6.2 參數計算6.3 器件選型7 系統總體電路設計.（12） 7.1 系統總體電路 7.2 電路說明8 電路調試.（14） 8.1 振蕩電路調試及實驗結果分析 8.2 計數電路調試及實驗結果分析 8.3 譯碼顯示電路調試及實驗結果分析8.4 控制電路調試及實驗結果分析8.5 系統聯調及實驗結果分析9 改進意見

6、及收獲體會.（14）10 器件明細清單.（15）參考文獻.（16）1設計任務及要求（1）、設計計時顯示電路(減“1”計數)（2）、南北、東西方向綠、黃、紅燈亮時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環為36秒。黃燈是間歇閃耀（3）、可以手動調整夜間為黃燈閃耀 設計一個十字路口交通信號燈控制器，其要求如下：1.滿足如圖1.1順序的工作流程圖中設南北方向的紅、黃、綠燈分別為nsr、nsy、nsg，東西方向的紅、黃、綠燈分別為ewr、ewy、ewg。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，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東

7、西方向黃燈亮。圖1.1 交通燈順序工作流程圖 2. 應滿足兩個方向的工作時序：即東西方向亮紅燈時間應等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向亮紅燈時間應等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。時序工作流程圖見圖1.2所示。圖1.2中，假設每個單位時間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮時間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環為36秒。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。圖1.2 交通燈時序工作流程圖3. 十字路口要有數字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當某方向綠燈亮時，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數方式工作，直至減到數為“0”，十字路口紅、綠等交換，一

8、次工作循環結束，而進入下一步某方向的工作循環。例如：當南北方向從紅燈轉換成綠燈時，置南北方向數字顯示為18，并使數顯計數器開始減“1”計數，當減到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時，數顯得值應為3，當減到“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，并置東西方向的數顯為18。4. 可以手動調整夜間為黃燈閃耀。 2系統總體設計方案2.1總體設計方案控制器的整體結構圖：南北車道信號燈東西車道信號燈譯碼電路時鐘信號置數器主控制器計時器2.2方案特點狀態控制器用于記錄十字路口交通燈的工作狀態，通過狀態譯碼器分別點亮相應的狀態信號燈。秒脈沖發生器產生整個定時系統的時基脈沖，通過減法計數器對

9、秒脈沖減計數，達到控制每一種工作狀態的持續時間。減法計數器的回零脈沖使狀態控制器完成狀態轉換，同時狀態譯碼器更具下一個工作狀態決定下一次減法計數的初始值。減法計數器的狀態有bcd譯碼器譯碼，數碼管顯示。在紅燈期間，狀態譯碼器將秒脈沖引入黃燈控制電路，使黃燈閃爍。3控制電路設計3.1控制電路工作原理控制狀態信號燈狀態車道運行狀態s0（00）南北綠，東西紅南北車道通行，東西車道禁止通行s1（01）南北黃，東西紅南北車道緩行，東西車道禁止通行s3（11）南北紅，東西綠南北車道禁止通行，東西車道通行s2（10）南北紅，東西黃南北車道禁止通行，東西車道緩行控制器應送出南北、東西車道紅、黃、綠燈的控制信號

10、。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，并作如下規定：ag=1：南北車道綠燈亮； bg=1：東西車道綠燈亮；ay=1：南北車道黃燈亮； by=1：東西車道黃燈亮；ar=1：南北車道紅燈亮； by=1：東西車道紅燈亮； 由此得到交通燈的asm圖，如圖3.4所示。設控制器的初始狀態為s0（用狀態框表示s0），當s0的持續時間小于18秒時，tl=0（用判斷框表示tl），控制器保持s0不變。只有當s0的持續時間等于18秒時，tl=1，控制器發出狀態轉換信號st（用條件輸出框表示st），并轉換到下一個工作狀態。依此類推可以弄懂asm圖所表達的含義。 圖3.43.3器件選型它由74ls164組成扭

11、環形計數器，然后經過譯碼器輸出十字路口南北，東西兩個方向的控制信號。其中黃燈信號滿足閃耀，并且在夜間時，是黃燈閃亮，而綠紅燈滅。為了讓黃燈能每s閃亮一次，可以在黃燈那里加入一個與門，把黃燈發亮的信號當成是與門的開通信號，與門的另一端接入時間脈沖，那么黃燈就可以實現每s閃亮一次的功能了。扭環形十二進制計數器的狀態表t計數器輸出南北方向東西方向q0q1q2q3q4q5nsgnsynsrewgewyewr000000010000111000001000012110000100001311100010000141111001000015111110010001611111100110070111110

12、011008001111001100900011100110010000011001100根據狀態表，不難列出東西方向和南北方向綠，黃，紅燈的邏輯表達式：東西方向 綠燈：ewg=q4q5 黃燈：ewy=q4q5 紅燈：ewr=q5 南北方向： 綠燈：nsg=q4q5 黃燈：nsy=q4q5 紅燈：nsr=q5由于黃燈要求閃爍幾次，所以用基1s和ewy或nsy黃燈信號相與4 振蕩電路設計4.1振蕩電路工作原理當黃燈（y）或紅燈（r）亮時，則這端為高（h）電平，在cp移位脈沖作用下，而向前移位，高電平“h”從qh一直移到qa（圖中74ls164-1）由于綠燈在紅燈和黃燈位高電平時，它為低電平，所以

13、74ls164-1qa的信號就不能送到74ls164-2移位寄存器的ri端。這樣，就模擬了當黃、紅燈亮時汽車停止的功能。而當綠燈亮，黃、紅燈滅（g=1，r=0，y=0）時，74ls164-1、74ls164-2都能在cp移位脈沖作用下向前移位。這就意味著綠燈亮時汽車向前運行這一功能。4.2參數計算4.3器件選型74ls745 計數電路設計5.1計數電路工作原理譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 q1、 q0的4種工作狀態，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態。控制器的狀態編碼與信號燈控制信號之間的關系如表 所示。實現上述關系的譯碼電路請讀者自行設計。5.2參數計算5.3器件選型74ls1686

14、 譯碼顯示電路設計6.1譯碼顯示電路工作原理當南北方向綠燈亮，而東西方向紅燈亮時，使南北方向的74ls168以減法計數器方式工作，從數字“24” 開始往下減，當減到“0”時，南北方向綠燈滅，紅燈亮，而東西方向紅燈滅，綠燈亮。由于東西方向紅燈滅信號（ewr：0）使與門關斷，減法計數器工作結束，而南北方向紅燈亮使另一方向東西方向減法計數器開始工作。在減法計數開始之前，由黃燈亮信號使減法計數器先置入數據，圖中接入u/和的信號就是由黃燈亮（為高電平）時，置入數據。黃燈滅（y=0）而紅燈亮（r=1）開始減計數。6.2參數計算6.3器件選型lc500-117系統總體電路設計7.1系統總體電路7.2 電路說

15、明秒脈沖發生器，如下圖：8電路調試8.1振蕩電路調試及實驗結果分析（內容：說明調試方法，調試過程中出現的問題及解決辦法，試驗結果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）8.2 計數電路調試及實驗結果分析（內容：說明調試方法，調試過程中出現的問題及解決辦法，試驗結果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）8.3 譯碼顯示電路調試及實驗結果分析（內容：說明調試方法，調試過程中出現的問題及解決辦法，試驗結果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）8.4 控制電路調試及實驗結果分析（內容：說明調試方法，調試過程中出現的問題及解決辦法，試驗結果的分析，畫出必要的波形，進行測

16、量精度和誤差分析。）8.5 系統聯調及實驗結果分析（內容：說明各單元電路聯調試過程中出現的問題及解決辦法，試驗結果的分析，畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析。）9改進意見及收獲體會一周的電子課程設計交通燈控制電路系統就這樣結束了。通過兩周不斷的查找資料的過程讓我積累了很多實際操作經驗，我已初步掌握了數電的應用技術，以及數字電路的知識和有關器件的應用。我深刻地體會到數字電子技術對當代社會發展的重要作用。 經過這次課程設計，我學到很多東西。社會的不斷發展電子產品 實踐使我認識到我現在所學的知識還遠遠不夠，在實際操作應用中有些問題還不能解決，所以我要在今后的學習中更加努力，學好自己的專業知識以充

17、實自己，來適應日新月異的現代社會。在這次課程設計中，我學會了如何利用網絡資源,學會了怎么看電路圖,讀電路圖,這些都使我受益匪淺，并為我以后的學習和工作積累了豐富的經驗。通過這次對交通信號燈控制電路的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于交通信號燈的基本原理與設計理念，要設計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，在設計時應考慮兩者的差異。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。對設計的建議我希望老師在我們動手制作之前應先告訴我們一些關于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關于檢測芯片的方法。這樣會有助于我們進一步的進入狀態，完成設計。10器件明細清單1. 通用實驗