用软件仿真音乐播放器电子综合设计实验报告.docx
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用软件仿真音乐播放器电子综合设计实验报告
电子综合开发实践报告
设计课题：
交通灯控制电路
专业班级：
电子信息2班
学生学号：
学生姓名：
设计时间：
2014年1月15
信息科学与技术学院
2014年1月
目录
一、设计任务及要求1
方案设计与论证1
2.1原理框图1
三、单元电路设计与参数计算3
3.1定时器3
3.2控制器3
3．3译码器3
3.4脉冲发生器的设计4
3.5计数电路的设计5
3.6控制电路的设计5
3.7显示电路的设计6
四、总原理图及元器件清单6
4.1总原理图7
4.2元件清单7
五、性能测试与分析8
六、结论与心得8
参考文献：
8
交通灯控制电路
一、设计任务及要求
本实验是实现对十字路口交通控制灯的设计，
（1）．要求东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，东西通车25s；
（2）．东西方向黄灯闪烁，南北方向红灯亮，时间5s；
（3）．南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，南北通车25s；
（4）．南北黄灯闪烁，东西方向红灯亮，时间5s；
二、方案设计与论证
方案一：
基于时钟数字芯片电路
利用时钟数字芯片产生时钟信号，用计数器芯片及常用门电路构建交通灯状态机电路。
方案二：
基于单片机的交通灯
利用单片机作为控制系统，通过编程实现对交通灯时序的控制。
方案三：
基于Multisim的交通灯
用Multisim来仿真操作简单，可视化程度高，容易检查出电路错误，以便及时修改
综合以上几种方案，时钟芯片电路的设计过于复杂繁琐，在实际设计中容易出错；单片机方案虽然简洁，但是跟我们这门课关系不大；而Multisim的方案既简单，又合数字电路有很大的关系，是一种利用软件设计硬件的新方法，简单易行，且易于修改调试，所以本项目选择方案三。
2.1原理框图
分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。
它主要由控制器、定时器、译码电路和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码电路输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码电路的工作。
图中：
TL：
表示东西方向或南北方向绿灯亮的时间间隔为24秒，即车辆正常通行的时间间隔。
定时时间到，TL=1，否则TL=0。
TY：
表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
定时时间到，TY=1，否则，TY=0。
ST：
表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号，由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。
定时器
东西方向车道信号灯
秒脉冲
发生器
TLTYST
译码电路
控制器
南北方向车道信号灯
图2.1交通灯控制系统原理框图
一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1：
表1.1
控制器状态
信号灯状态
车道运行状态
S0（00）
S1（01）
S3（11）
S2（10）
东西绿，南北红
东西黄，南北红
东西红，南北绿
东西红，南北黄
东西通行，南北禁止通行
东西缓行，南北禁止通行
东西禁止通行，南北通行
东西禁止通行，南北缓行
控制器应送出东西、南北车道红、黄、绿灯的控制信号。
为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：
AG=1：
东西绿灯亮；BG=1：
南北绿灯亮；
AY=1：
东西黄灯亮；BY=1：
南北黄灯亮；
AR=1：
东西红灯亮；BR=1：
南北红灯亮。
三、单元电路设计与参数计算
3.1定时器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号ST作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
3.2控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
列出控制器的状态转换表，如表2所示：
表3.1
输入
输出
现态
状态转换条件
次态
状态转换信号
TLTY
ST
00
00
01
01
11
11
10
10
0X
1X
X0
X1
0X
1X
X0
X1
00
01
01
11
11
10
10
00
0
1
0
1
0
1
0
1
根据转换表可得：
Q1*=Q1’Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0’Ty’
Q0*=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0+Q1Q0Tl’
ST=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0’Ty
3.3译码电路
译码电路的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态翻译成东西、南北车道上的6个信号灯的工作状态。
控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
表3.2
Q1Q0
AGAYAR
BGBYBR
00
01
11
10
100
010
001
001
001
001
100
010
根据表格可得：
AG=Q1’Q0’AY=Q1’Q0AR=Q1
BG=Q1Q0BY=Q1Q0’BR=Q1’
3.4脉冲发生器的设计
以555定时器接外接电路形成多谐振荡器，发出频率为2Hz的脉冲信号，用作计数器及D触发器的clk信号。
555定时器引脚图如图1所示，由脉冲频率公式：
f=1／（R1+2R2）C㏑2公式一
要使f=1Hz，可选择R1=55K，R2=47K，C=10μF，形成电路图如图2所示。
图3.1定时器电路
3.5计数电路的设计
用74ls163为计数器，74ls163为四位的二进制加法计数器。
要产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY，需将输出分别接成24及4的输出，由控制电路产生并选择清零信号ST。
74ls163引脚图如图3所示，计数电路如图4所示。
图3.2计数器电路设计
3.6控制电路的设计
用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行选择，输出控制清零信号ST；另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。
74ls153、74ls74引脚图如图5、6所示，控制电路如图7所示。
图3.3图3.4
图3.5控制电路设计
3.7显示电路的设计
利用表3数据，可得
AG=Q1’Q0’AY=Q1’Q0AR=Q1
BG=Q1Q0BY=Q1Q0’BR=Q1’
则可得显示电路为下图8：
图3.6显示电路设计
四、总原理图及元器件清单
4.1总原理图
图4.1总电路图
4.2元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
555-TIMER-RATED
1片
U2
74LS163
2片
U3
74LS08D
7个
U4
74LS153D
2片
U5
74LS04D
3个
U6
R
1K
2个
电阻
U7
C
10uF
2个
电容
U8
PROBE
2.5V
6个
探针
五、性能测试与分析
由设计的总电路图，在Multisim上仿真结果与实验设计原理完全相符。
六、结论与心得
这次的课程设计可以算是最重视的一门课程，从一开始跟着老师学习设计所用软件的使用，到最后自己亲自动手设计题目，可以说这一过程中的收获远大于了我这学期所学，因为平时我们上课都学的是理论知识，上课时感觉不到它的功能有多大，但到了设计东西时才发现自己掌握的知识远远不够。
我要设计的是交通控制灯，刚开始时一点头绪都没有，花了将近一整天的时间在网上找了各种资料，了解到了设计的大概思路：
主要有产生时钟信号的电路、控制电路、计数器以及译码电路构成。
我查找了很多计数器的引脚功能以及它的主要使用方法，最后选择了两片74LS163芯片级联产生定时信号，产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY，需将输出分别接成24及4的输出。
控制电路用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行选择，输出控制清零信号ST；另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。
显示部分由不同颜色的探针替代红黄绿灯。
在连接完Mulitisim图后要连接原理图来生成PCB图，这过程中花费了很长时间，原因可能是因为Altium.Designer.v6软件使用的不是很熟，第一次的原理图出了很多错，开始时试着更改，结果发现错误太多了，最后又重新连接了，这过程中我记起了老师说的在连线时需要一定的耐心，需要的不是一般的耐心。
到最后还是设计出了所需的电路。
这一次的课程设计只是我们大学生活的第一次课程设计，它说明我们离本专业越来越近了。
这些实践性的课程不仅使学习方法多样化，也为我们进一步理解专业知识和以后工作打下了良好的基础。
参考文献：
（1）《电子技术基础》（数字部分）康华光主编华中理工大学电子学教研室
（2）《电子技术基础》（模拟部分）康华光主编华中理工大学电子学教研室
七、PCB图及原理图
图7.1PCB图
图7.2原理图
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