《數(shù)字電路》課程設(shè)計報告-交通燈控制電路.doc

2010級通信工程數(shù)字電路課程設(shè)計報告設(shè)計題目交通燈控制電路姓名及學號學院工程技術(shù)學院專業(yè)通信工程班級2010級4班指導教師 2012年11月06日題目：交通燈控制電路一、 設(shè)計題目及要求（根據(jù)題目填寫）1、設(shè)計題目利用數(shù)字集成電路和分立元器件設(shè)計一交通燈控制電路。交通燈系統(tǒng)框圖如下：TL：表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL1，否則，TL0。TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY1，否則，TY0。ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下一個工作狀態(tài)的定時。2、設(shè)計要求（1）基本要求設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間都設(shè)為25秒；要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道；黃燈亮時，要求每秒鐘閃亮一次。指導教師簽名： 2012年 月 日二、 指導教師評語指導教師簽名： 2012 年 月 日三、成績 驗收蓋章 2012年 月 日14目錄1 設(shè)計的要求11.1基本要求11.2提高要求12 設(shè)計任務(wù)13 實驗原理14 電路設(shè)計34.1電路原理設(shè)計系統(tǒng)框圖34.2設(shè)計模塊44.2.1秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計44.2.2定時器的設(shè)計44.2.3控制器的設(shè)計54.2.4譯碼器的設(shè)計64.3系統(tǒng)電路圖85 電路板的制作及焊接調(diào)試85.1 PCB圖的制作85.2 電路板的制作95.3 電路板的焊接和調(diào)試96 心得體會107 參考文獻118 鳴謝129 附錄139.1原件清單139.2作品照片14通信工程專業(yè)數(shù)字電路課程設(shè)計交通燈控制電路設(shè)計1 設(shè)計的要求1.1基本要求（1）設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間都設(shè)為25秒；（2）要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道；（3）黃燈亮時，要求每秒鐘閃亮一次。1.2提高要求（1）有急救車優(yōu)先通過功能。當有急救車到達時，路口的信號燈全部變紅燈，以便急救車通過，急救車的通行時間為10秒，急救車過后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)。（2）交通燈在紅、綠燈交替點亮中，用兩個數(shù)碼管顯示點亮的燈還能持續(xù)的時間。 2 設(shè)計任務(wù)（1）根據(jù)設(shè)計指標及要求選擇電路形式，畫出原理電路圖；（2）選擇元器件型號及參數(shù)，并列出器件清單；（3）利用protel99軟件仿真，畫出PCB圖，然后制作電路板；（4）在制作好的電路板上焊接好元器件，并完成好電路的測試和調(diào)整，使有關(guān)指標達到設(shè)計要求；（5）寫出設(shè)計總結(jié)報告。3 實驗原理本次試驗課題是利用數(shù)字電路，交通燈的系統(tǒng)框圖如圖1：圖1 交通燈系統(tǒng)框圖TL：表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL1，否則，TL0。TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY1，否則，TY0。ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下一個工作狀態(tài)的定時。（1）甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（3）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。 交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示。其邏輯表如表1，其邏輯圖如圖2。表1 控制器邏輯表控制狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)S0（00）甲綠、乙紅甲車道通行，乙車道禁止通行S1（01） 甲黃、乙紅甲車道緩行，乙車道禁止通行S3（11）甲紅、乙綠甲車道禁止通行，乙車道通行S2（10）甲紅，乙黃甲車道禁止通行，乙車道緩行AG=1甲車道綠燈亮甲車道通行BG=1乙車道綠燈亮乙車道通行AY=1甲車道黃燈亮甲車道緩行BY=1乙車道黃燈亮乙車道緩行AR=1甲車道紅燈亮甲車道禁止通行BR=1乙車道紅燈亮乙車道禁止通行圖2 控制器邏輯圖4 電路設(shè)計4.1電路原理設(shè)計系統(tǒng)框圖 如圖1所示。4.2設(shè)計模塊4.2.1秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計如圖3所示：圖3 秒脈沖發(fā)生器4.2.2定時器的設(shè)計定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構(gòu)成，計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增1計數(shù)，向控制器提供模25的定時信號TL，模5的定時信號TY，計數(shù)器選用集成電路74LS160進行設(shè)計較簡便。如圖4所示：圖4 定時器4.2.3控制器的設(shè)計控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。選用兩個D觸發(fā)器74LS74做為時序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態(tài)時，如果TL 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果TL01，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關(guān)，所以用無關(guān)項X表示。其余情況依次類推，就可以列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。如表2所示：表2 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號即可實現(xiàn)控制器的功能。如圖5所示：圖5 控制器4.2.4譯碼器的設(shè)計譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)，表中A、B代表甲、乙車道。如表3所示：表3 譯碼器輸出狀態(tài)Q1 Q0AG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈 BR紅燈0 01000010 10100011 00011001 1001010模塊圖如圖6所示：圖6 譯碼器由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的周期性變化CLK脈沖，一部分送給了定時器的74LS163芯片，另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS163芯片的情況下，通過芯片74LS10將會輸出TY、TY非,TL、TL非。即TY和TY非放大的結(jié)果是秒脈沖的5倍,TL和TL非放大的結(jié)果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號是后者的1/5。將定時器輸出的TY和TY非,TL和TL非分別作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脈沖置于芯片74LS74中會輸出高低變化的電平。再通過電路中的指示燈和470歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結(jié)果最終通過小燈的正常閃爍來實現(xiàn)。4.3系統(tǒng)電路圖如圖7所示：圖7 系統(tǒng)電路圖5 電路板的制作及焊接調(diào)試5.1 PCB圖的制作通過protel99se軟件畫出原理圖，然后經(jīng)過ERC進行檢驗，檢驗無錯之后再軟件上自動生成PCB圖，然后將生成的原件進行布局，最后進行手動布線鋪銅工作得到PCB圖，如圖8所示：圖8 PCB版圖5.2 電路板的制作 實際電路板的制作運用已經(jīng)布線好的PCB到實驗機房制作電路板，電路板經(jīng)過了鋸面包板，然后經(jīng)過鉆孔、氧化、打印、高溫附印后，將其放入電解液中腐蝕，等電路部分腐蝕好之后用砂紙在水下砂出銅絲電路，最后用松香防腐蝕。5.3 電路板的焊接和調(diào)試對做好的PCB電路板進行擴孔及元器件的安裝，然后就是焊接，焊接要防止虛焊脫焊，還要注意在焊接的時候跳線的處理，以及焊接過程中焊疤不影響原電路。焊接完成之后進行調(diào)試。6 心得體會此次課程設(shè)計經(jīng)歷了設(shè)計方案，設(shè)計方案，畫出PCB圖，布局，焊接，調(diào)試，幾個過程。其中幾乎每一步我們都經(jīng)歷了挫折，曾一度想要放棄這個實驗，但是最后我們還是堅持下來了。曾記得，那幾個夜晚在實驗室中看著那些圖紙一個個想，一個個設(shè)計的樣子，當我們的作品做好的那一瞬間，驚喜浮上心間。一種從未有過的成就感出現(xiàn)了。同時，在此次課程設(shè)計中，我們對數(shù)字電路這門課程有了更深入的了解，讓我們不再是紙上談兵，實際操作跟能發(fā)現(xiàn)并且糾正很多問題。并且掌握了很多工具的使用及電路的基本調(diào)試能力。7 參考文獻1、康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，模擬部分（第五版），高等教育出版社2、74LS160、74LS74、74LS00、555計時器等的PDF資料8 鳴謝本課程設(shè)計在設(shè)計過程中得到馬耀庭和薛世華老師的悉心指導，為我們指點迷津，并且及時幫助我們指出并改正設(shè)計過程中出現(xiàn)的錯誤。老師們一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，教會了我們對待一件事情的應(yīng)有的正確的態(tài)度，同時也讓我們順利的完成了課程設(shè)計。在此，深深的感謝馬耀庭老師和薛世華老師對我們的悉心的指導。9 附錄9.1原件清單如表4所示：表4 原件清單序號參數(shù)類型封裝J5+5V電源USBC50.1電容RAD0.1C40.1電容RAD0.1C20.01u電容RAD0.2R110k電阻AXIAL0.3C110u電解電容RB.1/.2C610u電解電容RB.1/.2C310u電解電容RB.1/.2R847K電阻AXIAL0.3R947K電阻AXIAL0.3U1374LS00DIP14U774LS08DIP14U1274LS10DIP14U1074LS48DIP16U974LS48DIP16U674LS74DIP14U474LS153DIP16U574LS153DIP16U274LS160DIP16U174LS160DIP16R5470電阻AXIAL0.3R6470電阻AXIAL0.3R7470電阻AXIAL0.3R4470電阻AXIAL0.