课设实验报告终极版课案Word文档格式.docx
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(3)仿真结果………………………………………………9
(4)软件设计………………………………………………13
(5)系统测试………………………………………………13
(6)结论……………………………………………………13
四:
参考文献………………………………………………13
五:
附录……………………………………………………14
(一)元器件明细表………………………………………14
(二)电路图图纸…………………………………………15
(三)HDL源文件…………………………………………15
六:
其他……………………………………………………15
任务书
林梦柔:
图书馆查阅文献、使用Multisim设计电路图以及计算个器件参数
江璐:
网上查找资料以及写课程设计实验报告
共同讨论设计方案,理清设计思路。
摘要
实验目的:
设计一个交通信号控制器,由1条主干道和1条支干道组成,在每个十字入口处设置红、绿、黄三种信号灯。
红灯亮时禁止通行,绿灯亮时允许通行,黄灯亮时则停止行驶。
实验方法:
采用Multsim设计一个交通信号控制器并进行仿真。
实验结果:
主干道和支干道交替允许通行。
主干道每次允许放行的时间为40秒,支干道每次允许放行的时间为21秒,在每次交通灯由绿灯亮转换到红灯亮的过程中,要亮6秒的黄灯。
实验结论:
正文
(1)系统设计
1、设计要求
A:
原设计要求:
(1)采用Multsim设计一个交通信号控制器;
(2)主干道和支干道交替允许通行。
主干道每次允许放行的时间为40秒,支干道每次允许放行的时间为21秒;
(3)在每次交通灯由绿灯亮转换到红灯亮的过程中,要亮6秒的黄灯。
B:
新扩展要求:
使用减法计时器
2、系统设计方案:
交通控制器电路按功能分成3个单元电路:
振荡电路、计数器和译码显示电路、主控制电路和信号灯译码驱动。
2.1振荡电路
振荡电路的输出频率为1Hz、幅度为5V的时钟脉冲。
*方案一:
用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器,先用石英晶体振荡器和若干电阻电容组成频率为32768Hz的信号发生器,再用十四位二进制计数器CD406014进行14分频使其成为2Hz的信号,最后用D触发器进行2分频,使其成为频率为1Hz的秒脉冲信号
*方案二:
为提高精度,本实验采用利用555定时器设计。
555定时器是一种中规模集成电路,外形为双列直插8脚结构,体积很小,使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件,就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
引脚功能:
Vi1(TH):
高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端,标志为TH。
Vi2(TR):
低电平触发端,简称低触发端,标志为TR。
VCO:
控制电压端
VO:
输出端。
Dis:
放电端。
Rd:
复位端。
555的逻辑符号555的引脚排列
图2.1555定时器逻辑符号和引脚
555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络,产生
1/3VCC和2/3VCC两个基准电压;
两个电压比较器C1、C2;
一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器(低电平触发);
放电三极管T和输出反相缓冲器G3。
Rd是复位端,低电平有效。
复位后,基本RS触发器的Q端为1(高电平),经反相缓冲器后,输出为0(低电平)。
用555计数器比直接用时钟信号更加稳定。
2.2定时器的设计
用74LS193直接构成减计数器,时钟脉冲上升沿到来时,在控制信号ST的作用下,计数器以减计数向控制器提供M5、M25、M45的信号,即TY、TS、TL的时间信号。
*方案二:
本实验采用74LS192构成的计数器和译码显示电路
计数器电路具有40s倒计时(计数范围为40~1的减数计数器)、21s倒计时(计数范围为21~1的减数计数器)以及6s倒计时(计数范围为6~1的减数计数器)。
此三种计数的实现主要是由2片十进制计数器74LS192芯片组成,然后通过主控制电路(门电路)实现转换,最终各个方向的倒计时共用一套译码显示数码管显示出来。
74LS192构成的计数器电路图如图2.2所示:
左边的1片74LS192芯片为计数器的十位,右边的1片74LS192芯片为计数器的个位,个位和十位计数器的四个输出端都接上数码管显示。
发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成,可以单独使用,也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)。
分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成8型,每一段包含一个发光二极管。
图2.274LS192的逻辑符号和引脚图
2.3
主控制电路和信号灯译码驱动
主控制电路和信号灯译码驱动用各种门电路组成,能实现计时电路的转换、各方向信号灯的控制。
主控制电路和信号灯译码驱动电路图中的红灯1,黄灯1,绿灯1是主干道的三个交通信号灯,红灯2,黄灯2,绿灯2则是支干道的三个交通信号灯。
常用的集成二进制译码器有CMOS和TTL的定型产品。
74LS138(图2.3)是3线-8线译码器,其功能表如表一。
该译码器有三位二进制输入A2、A1、A0,它们共有8种状态的组合,即可译出8个输出信号
-
,输出低电平有效。
此外,还设置了E3、
和
3个使能输入端,为电路功能的扩展提供了方便。
表一:
74LS138集成译码器功能表
图2.374LS138逻辑符号和引脚图
74LS160为异步清零计数器,即RD端输入低电平,不受CP控制,输出端立即全部为“0”,功能表第一行。
74LS160具有同步预置功能,在RD端无效时,LD端输入低电平,在时钟共同作用下,CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA,即所谓“同步”预置功能(第二行)。
RD和LD都无效,ET或EP任意一个为低电平,计数器处于保持功能,即输出状态不变。
只有四个控制输入都为高电平,计数器(161)实现模10加法计数,Q3
Q2
Q1
Q0=1001时,RCO=1。
引脚图
(2)单元电路设计
1、555定时器接的电容电阻公式计算2、74LS190和显示数码管的连接方式
f=1.43/((R1+2R2)*C)
3、分析与设计
态序
主干道
枝干道
时间/s
S0
绿灯
红灯
40
S1
黄灯
6
S2
21
S3
图上枝干道:
红灯x1=y1+y2;
绿灯x3=y0;
黄灯x2=y3
图上主干道:
红灯x4=y3+y0;
绿灯x6=y1;
黄灯x5=y2
易知一个干道红灯亮时,另一个干道的黄灯或绿灯亮,而红灯不亮。
把左边的74ls192的D1C1B1A1置数为0100,右边的74ls192的D2C2B2A2置数为0110。
这样主干道和枝干道通行的时间都是40s,而在绿灯变红灯前黄灯亮6s。
因为枝干道的通行时间要求为21秒,于是在C1B1前加反相器使得D1C1B1A1变为0010,即在枝干道通行时,通行时间的十位由2开始减少;
同理,在A2前加反相器使得枝干道通行时间的各位由1开始减少,这样就达到让支道通行时间为21s的目的。
(3)仿真结果
主干道红灯亮支干道绿灯亮倒计时40s:
主干道红灯亮支干道黄灯亮倒计时6s:
主干道绿灯亮支干道红灯亮倒计时21s:
主干道黄灯亮支干道红灯亮倒计时6s:
(4)软件设计
软件设计平台:
Multisim.10
实现方法:
利用电路图的仿真结果看交通灯在生活中的运用
程序的流程方框图:
实现的功能:
在每次交通灯由绿灯亮转换到红灯亮的过程中,要亮6秒的黄灯。
(5)系统测试
系统的性能指标:
Multisim打开仿真图进行仿真后能实现目的
功能的测试方法、步骤:
直接点击运行查看计时器倒计时是否符合要求
仪器设备名称、型号:
测试数据、图表:
见(三)仿真结果
(6)结论
根据仿真图分析可得红灯亮时禁止通行,绿灯亮时允许通行,黄灯亮时则停止行驶。
参考文献
1杨刚,周群主编.电子系统设计与实践.北京:
电子工业出版社,2005
2郁汉琪主编.数字电路实验及课程设计指导书.北京:
中国电力出版社,2007
3毕满清主编.电子技术实验与课程设计.北京:
机械工业出版社,2005
4林涛主编.数字电子技术基础.北京:
清华大学出版社,2006
5林涛主编.模拟电子技术基础.重庆:
重庆大学出版社,2003.
附录
(1)元器件明细表
序号
名称
型号参数
数量
备注
1
电阻
43kΩ
2
50kΩ
3
电容
10uF
4
10nF
5
定时器
LM555CM
与非门
74LS00N
7
非门
74LS04N
8
或门
74LS32N
9
可逆计数器
74LS192N
做减计数器
10
七段显示译码管
DCD_HEX_GREEN
绿色
11
异步清零计数器
74LS160N
12
译码器
74LS138N
13
指示灯
PROBE_DIG_GREEN
14
PROBE_DIG_YELLOW
黄色
15
PROBE_DIG_RED
红色
(二)电路图图纸
(三)HDL源文件(详见压缩包交通灯设计图)
其他
关键器件、模块的使用说明书:
详见设计方案