紅綠燈數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

1、數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告題目：紅綠燈控制器指導(dǎo)老師：設(shè)計(jì)人員 :學(xué)號(hào) :班級(jí)：日期： 2013 年 5 月第 3 頁 共 12 頁一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 二、設(shè)計(jì)框圖及整機(jī)概述 三、各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說明 四、調(diào)試過程及結(jié)果分析 五、設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會(huì) 六、對本次課程設(shè)計(jì)的意見及建議 七、附錄（包括：整機(jī)邏輯電路圖及元器件清單）、設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目：紅綠燈控制器二、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)紅綠燈控制器設(shè)計(jì)應(yīng)具有以下功能(1)東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮。.(2)東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮。(3)東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮。(4 ) 東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮。要求有時(shí)間顯示

2、(順數(shù)、逆數(shù)皆可)，時(shí)間自定。(大于15秒以上) 可添加其他功能。三、給定條件1.只能采用實(shí)驗(yàn)室提供的中小規(guī)模電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。(不一定是實(shí)驗(yàn)用過的)OO：'十字路口交通示意圖、設(shè)計(jì)框圖及整機(jī)概述1、設(shè)計(jì)框圖譯碼系統(tǒng)脈沖發(fā)生電路紅綠燈2、整機(jī)概述上圖是整個(gè)交通燈電路的設(shè)計(jì)框圖。 首先，脈沖發(fā)生電路是用來給 計(jì)數(shù)芯片產(chǎn)生脈沖的，以便計(jì)數(shù)芯片可以正常的工作?？刂葡到y(tǒng)是整 個(gè)電路的核心，它控制著紅綠燈的亮滅、數(shù)碼管的顯示以及控制計(jì)數(shù) 時(shí)間，所以對于這個(gè)部分的設(shè)計(jì)是非常重要的。 計(jì)數(shù)系統(tǒng)我們可以用 計(jì)數(shù)芯片160或者161來實(shí)現(xiàn)，采用置數(shù)或者置零的方法都可以讓實(shí) 現(xiàn)某一個(gè)時(shí)間段的計(jì)數(shù)。譯碼系統(tǒng)是用

3、來顯示時(shí)間的，它將計(jì)數(shù)系統(tǒng) 所記的時(shí)間用數(shù)碼管顯示出來，以便我們可以更清楚的知道紅綠燈亮 滅的時(shí)間。最后的紅綠燈部分用紅黃綠三種發(fā)光二極管將我們所設(shè)計(jì) 的電路功能直觀的表現(xiàn)出來。三、各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說明脈沖發(fā)生電路：這上個(gè)學(xué)期的數(shù)電實(shí)驗(yàn)中，我們用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)生脈沖的功能，所以我們這次可以用555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā) 生電路。555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器 件，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路，但是因?yàn)楸敬握n程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室直接提供了實(shí)驗(yàn)所需的脈沖，所以這個(gè)部分我們并沒有設(shè) 計(jì)，而是直接使用了實(shí)驗(yàn)室

4、提供的脈沖。計(jì)數(shù)系統(tǒng)：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)要求我們只用顯示一個(gè)紅燈的時(shí)間就可以 了，所以根據(jù)我的設(shè)計(jì)方案，是打算讓紅燈保持25秒的時(shí)間，也就是數(shù)碼管需要顯示的最大數(shù)字是 25,因此可以用兩片160計(jì)數(shù)芯片 來實(shí)現(xiàn)。該計(jì)數(shù)器能同步并行預(yù)置數(shù)據(jù)、異步清零，具有清零置數(shù)， 計(jì)數(shù)和保持四種功能，且具有進(jìn)位信號(hào)輸出端、可串接計(jì)數(shù)使用。我 采用的是計(jì)數(shù)清零的方法來實(shí)現(xiàn)從 0到25的計(jì)數(shù)，兩塊芯片都是接 在同一個(gè)秒沖上的，所以是同步置零的方法。首先先接上一片160,它的計(jì)數(shù)用來當(dāng)做個(gè)位，當(dāng)?shù)谝黄?60從0記到9時(shí)在它的進(jìn)位輸出 端會(huì)輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖，我把這個(gè)進(jìn)位脈沖直接接到了第二片 160的 使能端，這樣就實(shí)現(xiàn)了十位的

5、計(jì)數(shù)，當(dāng)兩片芯片總共計(jì)數(shù)到25時(shí)，這時(shí)我們譯出一個(gè)清零信號(hào)，用來清零，即每當(dāng)兩塊芯片從0記到25的時(shí)候，都會(huì)置零，然后再重新開始計(jì)數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了技術(shù)部 分。該部分仿真電路如下：2-S，1；入1 Q -CZS與Aa.100 Hz-74LS160N74LS10N74Lt1A. UC啟17.冉 R洱-30 門.二- U7譯碼系統(tǒng)：這個(gè)部分是用來顯示計(jì)數(shù)的，也就是我們在計(jì)數(shù)系統(tǒng) 中設(shè)計(jì)了從0到25的計(jì)數(shù)，則數(shù)碼管也會(huì)從0開始顯示到25。這里 我們需要用到BCD七段譯碼器74LS48, 74LS48芯片是一種常用的七 段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系 統(tǒng)中。根據(jù)48芯片的功

6、能表，我們按照數(shù)碼管的管腳跟譯碼器的管 腳一一對應(yīng)的焊接上，這里得注意需要給數(shù)碼管接上一定阻值的限流 電阻，不然有可能會(huì)把數(shù)碼管燒壞。該部分仿真電路如下：第 9頁共 12 頁口1水口 4U1074LS4UNA B C D E G74LS4«NBUSH-1 r r控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是整個(gè)紅綠燈電路的核心部分，它的設(shè)計(jì)也 直接決定著本次課程設(shè)計(jì)的成功與否。首先根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，將控制器輸出的4種工作狀態(tài)，翻譯成 車道上6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào) 之間的關(guān)系如表所不（表中。代表滅，1代表亮）。狀態(tài)Q1 Q2紅燈黃燈綠燈紅燈黃燈綠燈0 01000010 11000

7、101000110011010100從上表中我們可以看出，紅綠燈狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要四個(gè)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)部分我用了一片161計(jì)數(shù)器芯片來實(shí)現(xiàn)，74LS161是四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器芯片，它可以從 0開始計(jì)數(shù)，一直記到15,在這里我只需要到它的低兩位，因?yàn)?61的低兩位恰好是每計(jì)數(shù)四次就開始 循環(huán)，與我們所需要的用來控制紅綠燈的四個(gè)狀態(tài)相同，因此選用 161芯片來實(shí)現(xiàn)，就可以不需要用觸發(fā)器去設(shè)計(jì)一個(gè)四位的控制系統(tǒng)。接下來將列出的真值表進(jìn)行化簡，得到了各個(gè)燈的邏輯函數(shù)，即：紅燈1 =Q1，黃燈1 = Q1 Q2 ,綠燈1 = Q1Q2紅燈 2 = Q1 ,黃貨T 2= Q1 Q2 ,綠燈 2 = Q1 Q

8、2接著用一片74LS04與74LS08來實(shí)現(xiàn)各個(gè)燈的功能，將74LS161 的低兩位分別接到這兩個(gè)芯片的對應(yīng)管腳，這樣就把控制系統(tǒng)給實(shí)現(xiàn) 了。該部分仿真電路如下：最后將各個(gè)分開的部分整合成一個(gè)電路，把各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來, 使得整個(gè)電路連接在一起，實(shí)現(xiàn)交通燈的功能。四、調(diào)試過程及結(jié)果分析(1)進(jìn)行計(jì)數(shù)系統(tǒng)電路的焊接與調(diào)試。當(dāng)輸人 1Hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)，要求電路能進(jìn)行增計(jì)時(shí)，當(dāng)增計(jì)時(shí)到 25時(shí)，能輸電有效的定時(shí)時(shí)間到信號(hào)；（ 2）進(jìn)行交通燈控制器以及顯示部分的焊接與調(diào)試。（ 3）最后進(jìn)行交通燈（即發(fā)光二極管）的焊接與調(diào)試；（ 4） 判斷各部分電路之間的時(shí)序配合關(guān)系。 然后檢查電路各部分的功能，使其

9、滿足設(shè)計(jì)要求。若是出現(xiàn)了錯(cuò)誤，則一個(gè)部分一個(gè)部分的檢查電路，找出問題，解決問題。最終調(diào)試如下：接上電源 , 便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真， 電路默認(rèn)把通車時(shí)間設(shè)為 25 秒，當(dāng)東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮； . 當(dāng)東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮； 當(dāng)東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮；當(dāng)東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮 。 時(shí)間顯示器從預(yù)置的 0 秒，以每秒增 1，增到 19到 20 時(shí)，東西方向的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。 從增至 5 秒又到 0 后時(shí)東西方向的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈； 南北方向的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈；如此循環(huán)下去。五、設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會(huì)在看到本次課程設(shè)計(jì)的幾個(gè)題目之后，我選擇了交

10、通燈這道題，因?yàn)樵谖铱磥磉@個(gè)題目會(huì)比較簡單， 僅僅是實(shí)現(xiàn)幾個(gè)燈的循環(huán)點(diǎn)亮而已， 當(dāng)我仔細(xì)的把整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)看了之后， 才發(fā)現(xiàn)并沒有自己想的那么簡單。最開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，自己沒有進(jìn)行認(rèn)真的分析，沒有把整體的思路給想出來， 因此在設(shè)計(jì)電路階段就走了很多的彎路， 前期基本都把時(shí)間花在怎么設(shè)計(jì)電路上了，以致到了后來只能匆匆忙忙地焊板， 導(dǎo)致在焊接的時(shí)候一些線都沒有焊接上以及焊錯(cuò)了幾根線， 同時(shí)整個(gè)板的布局也不是很好， 給人一種有點(diǎn)凌亂的感覺。 在把板子焊接好后，測試的時(shí)候也出現(xiàn)了很多問題，首先數(shù)碼管不能正常的顯示，計(jì)數(shù)的時(shí)間不對， 其次紅綠燈的亮滅也與設(shè)計(jì)的有所不同， 經(jīng)過仔細(xì)的檢查之后，找到了出問題的地

11、方，再把這些地方改正好，這時(shí)候板子就可以正常的工作了。這其中的很多問題都是由于不仔細(xì)造成的，所以這提醒了我們以后再焊板子的時(shí)候得注意細(xì)節(jié)問題， 不要忽視小問題， 也許就是一個(gè)虛焊就會(huì)使得整個(gè)電路不工作。 所以在做一件事情的時(shí)候還是要先把使用工具研究透徹， 才能更好的服務(wù)于研究。 所幸在最終還是比較滿意的完成了這次課程設(shè)計(jì)， 自己也對這門課程也有了更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，紙上談兵終究是不夠的，多實(shí)踐才能出真知。本次課程設(shè)計(jì)利用的基本上都是上個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的知識(shí)， 這些知識(shí)到了現(xiàn)在也都快忘記地差不多了， 在經(jīng)過了這次的課程設(shè)計(jì)之后， 在復(fù)習(xí)了過去的知識(shí)的同時(shí)也使得我對原來所學(xué)的知識(shí)又有了新的

12、理解， 所以這相當(dāng)于復(fù)習(xí)了一遍上個(gè)學(xué)期的知識(shí)， 加深了自己的理解，同時(shí)也是一次很好的把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的機(jī)會(huì)。這次課程設(shè)計(jì)不僅加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問題的能力，還提高了綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，增強(qiáng)了根據(jù)課程需要選學(xué)參考資料，查閱手冊、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力 。最后，我認(rèn)識(shí)到做任何事都應(yīng)該態(tài)度要端正，作風(fēng)要嚴(yán)謹(jǐn)。對數(shù)字電路來說，邏輯性非常強(qiáng)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都要弄得清清楚楚，有一點(diǎn)漏洞，結(jié)果都不可能出來。六、對本次課程設(shè)計(jì)的意見及建議個(gè)人覺得本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間有那么一點(diǎn)短，主要是因?yàn)楸緦W(xué)期的實(shí)驗(yàn)比較多， 時(shí)間也剛好與學(xué)校的電子設(shè)計(jì)競賽重合了， 所以時(shí)間有點(diǎn)緊， 不過很多同學(xué)也都在三周時(shí)間內(nèi)完成了，

13、 建議老師可以提前把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求之類的提前一段時(shí)間告訴我們， 讓我們可以有更充足的時(shí)間準(zhǔn)備。題目的老套也是一個(gè)問題，這次老師給的題目有四個(gè)，不過這些都是以前的學(xué)長、 學(xué)姐做過的題目， 這就導(dǎo)致有的同學(xué)可以直接找學(xué)長、 學(xué)姐要電路圖及實(shí)驗(yàn)報(bào)告， 這也就達(dá)不到課程設(shè)計(jì)所想要達(dá)到的目的了， 所以我建議老師可以出一些新的題目， 盡量出一些之前的同學(xué)沒有做過的題目，這樣也有利于培養(yǎng)同學(xué)的創(chuàng)新能力。還有就是芯片的問題，盡管實(shí)驗(yàn)室提供了很多的芯片給我們用，可是到了課程設(shè)計(jì)的后期階段， 留在實(shí)驗(yàn)室的只剩下了一些不怎么需要用的芯片， 這就導(dǎo)致有的同學(xué)盡管很快就把板焊好， 可是由于沒有芯片就不能測試， 所以也就就不知道自己在什么地方出錯(cuò)了， 所以建議老師加強(qiáng)一下芯片的管理制度，芯片最好還是少讓同學(xué)帶走的好。最后，我覺得我們的數(shù)字電路的課程設(shè)計(jì)也可以按照分組來做，最好是兩個(gè)人或者是三個(gè)人一組， 就像電子競賽一樣。