数电实验报告.docx
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数电实验报告
扬州大学能源与动力工程学院
本科生课程设计
题目：
交通灯逻辑电路设计
课程：
数字电子技术基础
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气0802
学号：
081301221
姓名：
李旭
指导教师：
年漪蓓、蒋步军
完成日期：
2010.6.18
总目录
第一部分：
任务书
第二部分：
课程设计报告
第三部分：
设计图纸
第一部分
任务书
《数字电子技术基础》课程设计任务书
一、课程设计的目的
本课程是在学完《数字电子技术基础》、《数字电子技术实验》之后，集中一周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：
1.使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；
2.使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力；
3.熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。
二、课程设计的要求
1.设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；
2.必须独立完成设计课题；
3.合理选用元器件；
4.按时完成设计任务并提交设计报告。
三、课程设计进度安排
1、方案设计；（半天）
根据设计任务书给定的技术指导和条件，进行调查研究、查阅参考文献，进行反复比较和可行性论证，确定出方案电路，画出主要单元电路，数据通道，输入、输出及重要控制信号概貌的框图。
2、电路设计：
（一天）
根据方案设计框图，并画出详细的逻辑图
3、装配图设计：
（半天）
根据给定的元器件，结合逻辑图，设计出电路制作的具体装配图（即绘出组件数量，管脚号以及器件布置的实际位置）。
同时配以必要的文字说明。
4、电路制作：
（两天）
对选定的设计，按装配图进行装配，调试实验。
5、总结鉴定：
（一天）
考核样机是否全面达到现定的技术指标，能否长期可靠地工作，并写出设计总结报告。
四、设计题目及内容
交通信号灯控制器
（1）、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。
（2）、南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。
黄灯是间歇闪耀。
设计计时显示电路（减“1”计数）。
（3）、可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。
五、设计要求
1、用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；
2、在实验箱上安装、调试出所设计的电路。
3、部分课题要求用可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）设计实现；
4、在EDA编程实验系统上完成硬件系统的功能仿真。
5、写出设计、调试、总结报告。
六、器件与器材
1、二输入四与非门74LS00
2、四输入双与非门74LS20
3、六倒相器74LS04
4、八输入与非门74LS30
5、正沿双D触发器74LS74
6、3线-8线译码器74LS138
7、可逆移位寄存器74LS194
8、同步十进制可逆加、减计数器（8421BCD码）74LS192
9、同步十进制加法计数器74LS160
10、振荡分频器CD4060
11、BCD七段显示译码器74LS48
12、双四选一数据选择器74LS153
13、八线驱动器74LS244
14、555定时器555
15、LED共阴七段数码管BS207
16、石英晶体（4M、2M、32768HZ）
17、微动开关、拨盘开关、继电器、LED（红、绿、蓝）、电阻、电容、二极管、三极管、光敏二、三极管、导线……等。
22、工具（镊子、剪刀、万用表、电烙铁……）
七、使用仪器设备
1、稳压电源（±5V，±15V）；
2、实验电路箱；
3、低频信号发生器；
4、示波器
5、PC机（装有MAX+PLUSII软件）；
6、GW48EDA编程系统等。
八、参考文献
1、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；
2、有关“电子技术课程设计指导书”；
3、“集成电路特性应用手册”；
7、EDA技术使用教程
8、其他。
九、设计总结报告主要内容
1、任务及要求；
2、方案特点；
3、各组成部分及工作原理（应结合框图写）；
4、单元电路设计与调试；
5、总逻辑图；
6、总装配图；
7、实验仿真结果；
8、实验结果分析（画出必要的波形，进行测量精度和误差分析）；
9、调试中出现问题的解决；
10、改进意见及收获体会等。
第二部分
目录
1设计任务及要求…………….………………………………………….….….（7）
2系统总体设计方案………………………………………….………….……（9）
2.1总体设计方案
2.2方案特点
3控制电路设计…………………………………………...…………………（10）
3.1控制电路工作原理
3.2参数计算
3.3器件选型
4振荡电路设计…………………………………………...…………………（11）
4.1振荡电路工作原理
4.2参数计算
4.3器件选型
5计数电路设计…………………………………………...…………………（11）
5.1计数电路工作原理
5.2参数计算
5.3器件选型
6译码显示电路设计……………………………………...…………………（11）
6.1译码显示电路工作原理
6.2参数计算
6.3器件选型
7系统总体电路设计……………………………………...…………………（12）
7.1系统总体电路
7.2电路说明
8电路调试………………………………………………...…………………（14）
8.1振荡电路调试及实验结果分析
8.2计数电路调试及实验结果分析
8.3译码显示电路调试及实验结果分析
8.4控制电路调试及实验结果分析
8.5系统联调及实验结果分析
9改进意见及收获体会…………………………………...…………………（14）
10器件明细清单…………………………………………...…………………（15）
参考文献……………………………………….……………………………….（16）
1设计任务及要求
设计任务及要求
设计任务是设计一个交通灯信号控制器（
（1）、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。
（2）、南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。
黄灯是间歇闪耀。
设计计时显示电路（减“1”计数）。
（3）、可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。
1.要求：
设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；
2.必须独立完成设计课题；
3.合理选用元器件；
4.按时完成设计任务并提交设计报告。
设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下：
1.满足如图3.2顺序工作流程。
图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、
黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。
它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红
灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。
图3.2交通灯顺序工作流程图
2.应满足两个方向的工作时序：
即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。
时序工作流程图见图3.3所示。
图3.3中，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。
其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。
图3.3交通灯时序工作流程图
3.十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。
具体为：
当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿等交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。
例如：
当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为18，并使数显计数器开始减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显得值应为3，当减到“0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为18。
4.可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。
5.在完成上述任务后，可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。
（1）在某一方向（如南北）为十字路口主干道，另一方向（如东西）为次干道；主干道由于车辆、行人多，而次干道的车辆、行人少，所以主干道绿灯亮的时间可以选定为次干道绿灯亮时间的2倍或3倍。
（2）用LED发光二极管模拟汽车行驶电路。
当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。
2系统总体设计方案
2.1总体设计方案
初步设计构想：
想设计好交通灯的电子电路，然后再用Mutisim进行模拟仿真，调试，最后再进行在实验箱上电路的连接工作。
控制器的整体结构图：
2.2方案特点
状态控制其用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过状态译码器分别电量相应的状态信号灯。
秒脉冲发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。
减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器更具下一个工作状态决定下一次减法计数的初始值。
减法计数器的状态有BCD译码器译码，数码管显示。
在黄灯期间，状态译码器将秒脉冲引入红灯控制电路，使红灯闪烁。
3控制电路设计
3.1控制电路工作原理
控制状态
信号灯状态
车道运行状态
S0（00）
甲绿，乙红
甲车道通行，乙车道禁止通行
S1（01）
甲黄，乙红
甲车道缓行，乙车道禁止通行
S3（11）
甲红，乙绿
甲车道禁止通行，甲车道通行
S2（10）
甲红，乙黄
甲车道禁止通行，甲车道缓行
AG=1：
甲车道绿灯亮； BG=1：
乙车道绿灯亮； AY=1：
甲车道黄灯亮； BY=1：
乙车道黄灯亮； AR=1：
甲车道红灯亮； BY=1：
乙车道红灯亮； 由此得到交通灯的ASM图，如图12、2所示。
设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。
只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。
依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。
3.2参数计算
（内容：
根据单元电路图及相关理论计算电路各参数。
）
3.3器件选型
它由74LS164组成扭环形计数器，然后经过译码器输出十字路口南北，东西两个方向的控制信号。
其中黄灯信号必须满足闪耀，并且在夜间时，是黄灯闪亮，而绿红灯灭。
4振荡电路设计
4.1振荡电路工作原理
当黄灯（Y）或红灯（R）亮时，则这端为高（H）电
平，在CP移位脉冲作用下，而向前移位，高电平“H”从QH一直移到QA（图中74LS164-1）由于绿灯在红灯和黄灯位高电平时，它为低电平，所以74LS164-1QA的信号就不能送到74LS164-2移位寄存器的RI端。
这样，就模拟了当黄、红灯亮时汽车停止的功能。
而当绿灯亮，黄、红灯灭（G=1，R=0，Y=0）时，74LS164-1、74LS164-2都能在CP移位脉冲作用下向前移位。
这就意味着绿灯亮时汽车向前运行这一功能。
4.2参数计算
4.3器件选型
74LS74
5计数电路设计
5.1计数电路工作原理
译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。
控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表所示
。
实现上述关系的译码电路请读者自行设计。
5.2参数计算
5.3器件选型
74LS168
6译码显示电路设计
6.1译码显示电路工作原理
当南北方向绿灯亮，而东西方向红灯亮时，使南北方向的74LS168以减法计
数器方式工作，从数字“24”开始往下减，当减到“0”时，南北方向绿灯灭，红灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。
由于东西方向红灯灭信号（EWR：
0）使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮使另一方向——东西方向减法计数器开始工作。
在减法计数开始之前，由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据，图中接入U/
和
的信号就是由黄灯亮（为高电平）时，置入数据。
黄灯灭（Y=0）而红灯亮（R=1）开始减计数。
6.2参数计算
6.3器件选型
LC500-11
7系统总体电路设计
7.1系统总体电路
7.2电路说明
要加入一个秒脉冲发生器，如下图：
8电路调试
8.1振荡电路调试及实验结果分析
（内容：
说明调试方法，调试过程中出现的问题及解决办法，试验结果的分析，画出必要的波形，进行测量精度和误差分析。
）
8.2计数电路调试及实验结果分析
（内容：
说明调试方法，调试过程中出现的问题及解决办法，试验结果的分析，画出必要的波形，进行测量精度和误差分析。
）
8.3译码显示电路调试及实验结果分析
（内容：
说明调试方法，调试过程中出现的问题及解决办法，试验结果的分析，画出必要的波形，进行测量精度和误差分析。
）
8.4控制电路调试及实验结果分析
（内容：
说明调试方法，调试过程中出现的问题及解决办法，试验结果的分析，画出必要的波形，进行测量精度和误差分析。
）
8.5系统联调及实验结果分析
（内容：
说明各单元电路联调试过程中出现的问题及解决办法，试验结果的分析，画出必要的波形，进行测量精度和误差分析。
）
9改进意见及收获体会
一周的电子课程设计——交通灯控制电路系统就这样结束了。
通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，我已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。
我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。
经过这次课程设计，我学到很多东西。
社会的不断发展电子产品实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。
在这次课程设计中，我学会了如何利用网络资源,学会了怎么看电路图,读电路图,这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。
通过这次对交通信号灯控制电路的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于交通信号灯的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。
而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。
所以，在设计时应考虑两者的差异。
通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
对设计的建议
我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。
这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。
10器件明细清单
1.通用实验底板
2.直流稳压电源
3.交通信号灯及汽车模拟装置
4.集成电路：
74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及门电路
5.显示：
LC5011-11，发光二极管
6.电阻
7.开关
参考文献
（列出你所利用的参考文献。
格式如下）
[1]阎石主编．数字电子技术基础（第四版）．北京：
高教出版社，2000
[2]《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
[3]《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
[4]《现代电子技术实践课程指导》谢云易波主编机械工业出版社
[5]《电子技术试验与课程设计》毕满清主编机械工业出版社
第三部分
设计图纸
图纸目录
序号
图纸名称
图幅
图纸编号
备注
1
系统总体方框图
A3
电01
2
系统总电路图
A3
电02
3
系统总接线图
A3
电03
附设计深度规定：
系统总体方框图：
标注各单元模块，图中给出各单元模块的正确连接、标出各信号的流向。
系统总电路图：
标明各器件的型号、标注器件参数、标注集成块各引脚的逻辑符号
系统安装接线图：
以集成块为单位画出各引脚之间的接线，标注各集成块的型号、注明引脚编号。
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