课设实验报告终极版课案.docx

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课设实验报告终极版课案

《电子电路设计实验》课程设计

题目：

交通信号控制器设计

姓名：

江璐/林梦柔

学院班级：

13级电子信息工程2班

学号：

1315212017/1315212023

指导老师：

傅文渊老师

时间：

20150516

目录

一：

任务书…………………………………………………3

二：

摘要……………………………………………………3

三:

正文……………………………………………………3

（1）系统设计………………………………………………3

（2）单元电路设计…………………………………………8

（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

一：

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。

二：

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：

三:

正文

（1）系统设计

1、设计要求

A：

原设计要求：

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。

（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

*方案一：

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

红灯

6

S2

红灯

绿灯

21

S3

红灯

黄灯

6

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：

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。

（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：

Multisim.10

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。

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。

四：

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.

五：

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

1

2

电阻

50kΩ

1

3

电容

10uF

1

4

电容

10nF

1

5

定时器

LM555CM

1

6

与非门

74LS00N

4

7

非门

74LS04N

8

8

或门

74LS32N

1

9

可逆计数器

74LS192N

2

做减计数器

10

七段显示译码管

DCD_HEX_GREEN

2

绿色

11

异步清零计数器

74LS160N

1

12

译码器

74LS138N

1

13

指示灯

PROBE_DIG_GREEN

2

绿色

14

指示灯

PROBE_DIG_YELLOW

2

黄色

15

指示灯

PROBE_DIG_RED

2

红色

（二）电路图图纸

（三）HDL源文件（详见压缩包交通灯设计图）

六：

其他

关键器件、模块的使用说明书：

详见设计方案