计算机电子技术课程设计报告本科刘富民.docx
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计算机电子技术课程设计报告本科刘富民
目录
一．概述2
二．方案设计与论证2
三．单元电路设计与分析3
1.主控制器3
2．计数器4
3．控制信号灯的译码电路5
4．信号脉冲发生器7
四．原理图及元器件清单7
1．总原理图7
2．工作原理8
3．元器件清单8
五．结论9
六．心得体会10
七．参考文献10
一．概述
通过石英晶体振荡器产生一个1HZ秒脉冲信号，将秒脉冲信号送入计数器。
计数器由两个74LS192和一些门电路组成，它根据切换时间进行计数，同时向由两个异步JK触发器组成的主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。
同时，译码器根据主控制器的状态译码来控制交通灯的变换。
二．方案设计与论证
有一个主干道和支干道的十字路口如图示，每边都设置了信号灯，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮五秒，以便让停车线以外的车辆停止运行，因为主干道的车辆多，所以主干道放行时间长。
十字路口示意图如图1所示：
图1十字路口示意图
要实现上述交通信号灯自动控制，则要求控制电路由时钟信号器，计数器，主控制器，信号灯译码驱动电路，和数字显示译码驱动几部分组成，整机电路的原理如图2示：
图2交通灯控制器原理框图
三．单元电路设计与分析
1.主控制器
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。
十字路口车辆运行情况只有四种可能：
1.主绿灯，支红灯；2.主红灯，支黄灯3.主红灯，支绿灯；4.主黄灯，支红灯；四种情况循环反复，因此，要求主控制器电路也由四种状态，设这四种状态以次为S0,S1,S2,S3.
设S0=00,S1=01,S2=10,S3=11.实现这四个状态的电路，可用二个异步JK触发器实现，状态表如下表1：
表1交通控制状态表
控制状态
信号灯状态
车道运行状态
S0（00）
主干道绿，支干道红
主干道通行，支干道禁止通行
S1（01）
主干道黄，支干道红
主干道缓行，支干道禁止通行
S2（10）
主干道红，支干道绿
主干道禁止通行，主干道通行
S3（11）
主干道红，支干道黄
主干道禁止通行，主干道缓行
根据计数器状态反馈给控制器使控制器跳转状态,如下表2
表2反馈状态表
计数器状态
改变成控制状态
5s
S0（00）
30s
S1（01）
5s
S2（10）
20s
S3（11）
同时，主控制器需要根据计数器的状态反馈来控制状态的变换，根据状态表，连接电路逻辑图。
如图3所示：
图3主控制器系统逻辑图
2．计数器
计数器有两个作用：
一个是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行30秒，20秒，5秒三种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。
计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受到主控制器的状态转换控制。
计数器的工作情况为：
计数器在主控制器进入状态S0时开始30秒计数；30秒后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始5秒计数；5秒后又产生归零信号，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2,开始进行20秒计数；20秒后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S3，计数器又开始5秒计数；5秒后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。
根据以上分析，设30秒，20秒，5秒计数的归零信号分别为A,B,C,则计数器的归零信号L为：
L=A+B+C
电路逻辑图4如下所示：
图4计数系统逻辑图
3．控制信号灯的译码电路
主控制器的四种状态分别要控制主，支干道红、黄、绿灯的亮灭。
设灯亮为1，灯灭为0，则控制信号灯的译码电路的真值表3如下：
表3译码电路真值表
状态
AGAYAR
BGBYBR
S000
1 0 0
0 01
S101
0 0 1
0 1 0
S210
0 0 1
1 0 0
S311
0 1 0
0 0 1
由真值表得出状态方程：
AG=Q1’Q2’
AY=Q1Q2
AR=Q1’Q2+Q1Q2’
BG=Q1Q2’
BY=Q1’Q2
BR=Q1’Q2’+Q1Q2
再由状态方程连接译码电路逻辑图，如图5所示：
图5译码电路逻辑图
4．信号脉冲发生器
因为石英晶体频率一定，所以连接石英脉冲信号发生器很稳定，连接逻辑图如下图6所示：
图6石英脉冲信号发生器
四．原理图及元器件清单
1．总原理图
将时钟脉冲发生器、控制系统、计数系统和译码系统连接起来组成如图7所示总原理图：
图7总原理图
2．工作原理
两个74LS192构成计数器其输出信号作为主控制器的输入信号，并通过由JK触发器构成的状态产生电路，产生00，01，10，11，四种状态，其状态又会反馈回信号作为计数器74LS192的置数控制信号，进而实现三十进制，五进制，二十进制，五进制的循环计数，从而实现00，01，10，11的循环最终经过译码器74LS139译码输出控制两路路口同一时刻不同的红黄绿交通灯明灭状态的转换。
3．元器件清单
表4元器件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U10A,U5B
7432
无
2
或门
U3:
A-U3:
L
7404
无
12
非门
U11A,U11B
74LS139
无
2
二四译码器
U1:
A,U1:
B
74LS112
无
2
JK触发器
U1A1,U1B1
74LS74
无
2
D触发器
U7A,U5A
7408
无
2
与门
U4:
A-U10A
7410
无
6
与非门
U1,U2
74LS192
无
2
十进制计数器
C1，C2
无
15p
2
电容
R1
无
470K
1
电阻
R2
无
10M
1
电阻
X1
无
10000
1
石英晶体
U6
4060
无
1
分频器
无
7SEG
无
2
七段数码管
五．结论
实现路口交通灯系统的控制方法很多。
实验实现交通灯系统控制器的设计，采用的是Proteus进行仿真测试。
交通灯系统主要由时钟脉冲产生器、控制器、定时器及译码器组成。
时钟脉冲产生器是石英晶体组成。
该系统中定时器由与系统秒脉冲异步的计数器74LS192构成。
时钟脉冲上升沿到来时，计数器从零开始计数。
选用两个JK触发器产生四种状态。
在课程设计的过程中,我想了很多种方案,对同一个问题（像计数器的接法）都想了很多种不同的接法,运用不同的芯片进行了比较。
通过本次课程设计我学到了很多新的东西，极大地拓宽了我的知识面,锻炼了能力，综合素质得到较大提高，我感到收获不小。
也发现了大量问题，有些在设计过程中已经解决，有些还要待今后慢慢学习，只要学习就会有更多的问题，有更多的难点，但也会有更多的收获。
我又学会了一种软件的使用，既使用Proteus软件进行电路的仿真和测试。
实现预期功能，能够对系统进行快速的测试。
六．心得体会
通过这次课程设计自己第一体会到真正运用自己所学知识的快乐，过程中自己也曾遇到过困难，挫折，但在自己努力下最终克服了种种困难。
知识应学有所用，理论联系实际才能将我们的才智发挥到极致。
在这次实习中我了解了更多的软件，其中包括Proteus,并且能熟练操作该软件，将会把其充分应用于其他学科的学习中，比如说模拟电子，数字电子，信号与系统课程学习中，将抽象理论形象化，有助于理解，以便更快接受新知识，提高学习效率。
交通灯的设计中自己组虽然费了一番力气才得以设计出原理图，但和现实的应用还有一点距离，没有切实的与实际应用相结合，在以后的生活中自己会注重实际应用与理论的结合，将所学知识应用到实际生活中。
只有做过才会懂得，只有真的尝试过才会体会到动手实践的快乐，该课设过程进一步激发了我对科研的兴趣，同时也激励我在以后的学习中储备更多的知识。
七．参考文献
[1]胡宴如.高频电子线路[M].高教出版社.2001.9：
12-19
[2]卢屹数字锁相环的参数设计及其应用[J]通信技术2001，（9）：
12-15
[1]阎石主编，数字电子技术基础（第五版）.北京:
高等教育出版社2006.
[2]崔瑞雪、张增良主编，电子技术动手实践.北京：
北京航空航天出版社2006
[3]康华光主编，电子技术基础-模拟部分（第四版）.北京：
高等教育出版社1999.
[4]李国洪主编，电子技术基础，华航出版
教师评语及设计成绩
评语
课程设计成绩：
指导教师：
日期：
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