華北電力大學(xué) 電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)1

課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）報(bào)告（2010—2011年度第一學(xué)期）名稱(chēng)：電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)題目：交通信號(hào)燈控制電路院系：電氣與電子工程學(xué)院班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：董宏偉設(shè)計(jì)周數(shù)：一周成績(jī)：日期：2011年1月11日《電子技術(shù)》綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)一、 目的與要求目的1.1課程設(shè)計(jì)是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識(shí)與初步的專(zhuān)業(yè)技能，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。1.2注重培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，掌握課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、步驟和方法。3培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語(yǔ)言表達(dá)能力以及協(xié)作工作能力。1.4提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力及其基本工程素質(zhì)。要求2.1能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)要求，綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)踐技能獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)課題。2根據(jù)課題需要選擇參考書(shū)籍，查閱手冊(cè)、圖表等有關(guān)文獻(xiàn)資料。要求通過(guò)獨(dú)立思考、深入鉆研課程設(shè)計(jì)中所遇到的問(wèn)題，培養(yǎng)自己分析、解決問(wèn)題的能力。3進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類(lèi)型和特性，掌握合理選用的原則。2.4學(xué)會(huì)電子電路的安裝與調(diào)試技能，掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法。利用“觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷”的基本方法，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。2.5學(xué)會(huì)撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。2.6通過(guò)課程設(shè)計(jì)，逐步形成嚴(yán)肅認(rèn)真、一統(tǒng)不茍、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立一定的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。要求學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中，堅(jiān)持勤儉節(jié)約的原則，從現(xiàn)有條件出發(fā)，力爭(zhēng)少損壞元件。2.7在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，要做到愛(ài)護(hù)公物、遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作、注意安全。二、 主要內(nèi)容共有8個(gè)既有學(xué)習(xí)價(jià)值乂有一定的實(shí)用性和趣味性的設(shè)計(jì)課題，學(xué)生根據(jù)自身情況自由選擇其中之一。移位寄存器型彩燈控制器智力競(jìng)賽搶答器電子拔河游戲機(jī)交通信號(hào)燈控制器數(shù)字電子鐘電子密碼鎖電子秒表數(shù)字電子鐘（硬件）三、進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）內(nèi)容完成時(shí)間備注1設(shè)計(jì)內(nèi)容講解、學(xué)習(xí)資料查找方法半天2發(fā)放材料、清點(diǎn)材料、熟悉各種元器件半天3查找資料、設(shè)計(jì)電路、繪制總體電路草圖1天4電路組裝并調(diào)試或在MultisimJt繪制電路圖、仿真并調(diào)試2天5驗(yàn)收、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告1天四、設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）成果要求學(xué)生根據(jù)所選課題的任務(wù)、要求和條件進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)，通過(guò)論證與選擇,確定總體方案；然后對(duì)方案中單元電路進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算；最后畫(huà)出總體電路圖。預(yù)設(shè)計(jì)經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過(guò)后，學(xué)生即可向?qū)嶒?yàn)室領(lǐng)取所需元器件等材料，在面包板上組裝、調(diào)試電路，使之達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。在Multisim軟件平臺(tái)上學(xué)生可直接設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。五、考核方式綜合以下指標(biāo)評(píng)定課程設(shè)計(jì)總成績(jī)：優(yōu)、良、中、及格和不及格。設(shè)計(jì)方案的正確性與合理性；實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力（安裝工藝水平、調(diào)試中分析解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新精神等）;總結(jié)報(bào)告；答辯情況（課題的論述和回答問(wèn)題的情況）；設(shè)計(jì)過(guò)程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、工作作風(fēng)和科學(xué)精神。學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師:年月日《電子技術(shù)》綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，城鄉(xiāng)交通自動(dòng)指揮系統(tǒng)顯得越來(lái)越重要。為了確保行人和各種車(chē)輛的運(yùn)行安全，保證正常的交通秩序，應(yīng)對(duì)十字路II的紅綠燈進(jìn)行自動(dòng)控制。同時(shí)，這也是城市管理自動(dòng)化的重要課題。一、 交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)目的與要求在一個(gè)具有主、支干道的十字路II,設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈自動(dòng)控制裝置。紅燈亮表示該橋道路禁止通行，黃燈亮作為過(guò)度，以使行使中的車(chē)輛有時(shí)間到禁止線(xiàn)以外，綠燈亮表示該橋道路允許通行。具體要求如下：（1） 主干道經(jīng)常通行；（2） 支干道有車(chē)才通行；（3） 主、支干道均有車(chē)時(shí)，兩者交替通行，并要求主干道每次至少放行30秒，支干道每次最多放行20秒；采用傳感器分別監(jiān)測(cè)主、支干道是否有車(chē)，有車(chē)時(shí)向主控制器發(fā)出信號(hào)，實(shí)驗(yàn)中用邏輯開(kāi)關(guān)代替；（4） 每次綠燈變紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5秒，此時(shí)原紅燈不變：（5） 設(shè)計(jì)5秒、20秒、30秒計(jì)時(shí)的譯碼顯示電路，每秒改變依次顯示數(shù)字，可以采用正計(jì)時(shí)，也可用倒計(jì)時(shí)；（6） 當(dāng)任意一條路上出現(xiàn)特殊情況時(shí)，如消防車(chē)、救護(hù)車(chē)等其他需要優(yōu)先放行的車(chē)輛時(shí)，各方向上均為紅燈，計(jì)時(shí)停止。當(dāng)特殊狀態(tài)運(yùn)行結(jié)束后，控制器恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，繼續(xù)正常運(yùn)行。用邏輯開(kāi)關(guān)模擬個(gè)方向有無(wú)車(chē)輛的情況。二、 交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)整個(gè)交通信號(hào)燈控制器由以下幾個(gè)部分組成：交通燈狀態(tài)控制及驅(qū)動(dòng)電路，秒脈沖發(fā)生電路，定時(shí)及倒計(jì)時(shí)顯示電路，特殊狀態(tài)控制電路，交通燈及數(shù)碼顯示管組成1、交通燈狀態(tài)控制電路交通燈亮起的狀態(tài)一共有四個(gè)，即主路綠燈支路紅燈（編碼00）,主路黃燈支路紅燈（編碼01）,主路紅燈支路綠燈（編碼10），主路紅燈支路綠燈（11）。根據(jù)電路的實(shí)際要求，電路應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)，即主路放行30s,支路放行20so在這其中，我們首先沒(méi)有考慮特殊情況的存在，根據(jù)實(shí)際情況,我們可以列出狀態(tài)電路的真值表如卜.：電路狀態(tài)主干道各燈情況支干道各燈情況QiQo紅燈R黃燈Y綠燈G紅燈r黃燈y綠燈g00001100010101001010000111100010根據(jù)真值表可以求出驅(qū)動(dòng)信號(hào)如下：R=Q2Y=Q<*QigQLQi'i=Q5y=Q?*Qig=Q2*Qi-為了增強(qiáng)帶負(fù)載的能力，我們將RYG和iyg信號(hào)都經(jīng)非運(yùn)算后再接入實(shí)際顯示電路。轉(zhuǎn)置后表達(dá)式不再列出。狀態(tài)計(jì)數(shù)是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題，為了減少電路的故障概率，我們使用集成計(jì)數(shù)芯片74LS191來(lái)完成。74LS191是四位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，正好滿(mǎn)足我們的需求。同時(shí)，該芯片可以完成置數(shù)功能，因此也可完成特殊狀態(tài)轉(zhuǎn)換方式。關(guān)于顯示部分，我們使用了小燈泡來(lái)代替實(shí)際的紅綠燈。我們做出的電路如卜：圖中，我們使用了總線(xiàn)來(lái)減少連線(xiàn)的數(shù)量，這樣還可以是電路圖美觀且一目了然。在此需要特殊說(shuō)明的是，這個(gè)燈組電路只是正常循環(huán)中（00—一01一一10一一11一一00）中的燈組電路。如果加入特殊情況，我們還做了修改，將在特殊狀態(tài)電路部分列出。2、秒脈沖發(fā)生電路考慮到實(shí)際應(yīng)用，我們使用555定時(shí)芯片，做出方波發(fā)生器如下圖:電路輸出的非門(mén)是為了增強(qiáng)帶負(fù)載的能力而設(shè)計(jì)的。特殊狀態(tài)卜的方波控制將在最后列出。3、定時(shí)及倒計(jì)時(shí)顯示電路電路在循環(huán)中是需要倒數(shù)計(jì)時(shí)來(lái)控制燈組電路的狀態(tài)改變的。而在不同的狀態(tài)改變中，我們需要的倒數(shù)計(jì)時(shí)是不同的。如綠燈為維持30s或20s,黃燈為5s,紅燈和綠燈的情況相同。這也需要不同的初值來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的倒計(jì)時(shí)。為了簡(jiǎn)化電路和保證可靠性，我們僅使用一組倒計(jì)時(shí)電路，而通過(guò)3組可控置數(shù)電路來(lái)對(duì)該倒計(jì)時(shí)電路實(shí)現(xiàn)3組置數(shù),倒計(jì)時(shí)我們使用了74LS190,該芯片為十進(jìn)制可逆可置數(shù)計(jì)數(shù)器。使用2片相同的芯片，并使用同步級(jí)聯(lián)擴(kuò)展方式來(lái)完成倒計(jì)時(shí)。而置數(shù)的選通功能由74LS245完成。該門(mén)在使能端的控制卜.可以實(shí)現(xiàn)置數(shù)或不置數(shù)。因而使用3組置數(shù)電路可?以大大簡(jiǎn)化倒計(jì)時(shí)電路的規(guī)模并顯著提高可靠性。倒計(jì)時(shí)中，如果沒(méi)有到達(dá)00秒，計(jì)數(shù)應(yīng)該被保持。到達(dá)00時(shí)，首先應(yīng)形成一個(gè)脈沖使燈組狀態(tài)發(fā)生變化，然后使得置數(shù)芯片完成切換，并同時(shí)置數(shù)開(kāi)始下一次倒計(jì)時(shí)。此時(shí)也應(yīng)該使置數(shù)功能失效。因此，為了達(dá)到以上目的，我們使用了RS鎖存器以完成該目的。隊(duì)物搠信號(hào)

隊(duì)物搠信號(hào)同樣的，為了簡(jiǎn)化電路，我們對(duì)置數(shù)電路的控制信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸都使用了總線(xiàn)。4、特殊狀態(tài)控制電路為了實(shí)現(xiàn)電路在某一狀態(tài)完成不斷循環(huán)，我們選擇了將該狀態(tài)不斷置入燈組狀態(tài)控制電路的方法。使用這種方法簡(jiǎn)單易行，工作可靠。類(lèi)似的，我們?nèi)耘f使用74LS245芯片完成預(yù)置數(shù)，并用總線(xiàn)送至74LS191芯片完成狀態(tài)保持。但是這種方法并不適用于最后一種特殊情況，即各路交通燈全為紅燈，同時(shí)技術(shù)停止。為了實(shí)現(xiàn)該功能，我們僅僅需要在每一路燈的驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路上加一個(gè)非門(mén)或與非門(mén)，并在正常時(shí)給高電平，緊急時(shí)給低電平以完成控制，這個(gè)方法也適用于計(jì)時(shí)電路的暫停。這類(lèi)似于三態(tài)門(mén)的控制。5、交通燈及顯示數(shù)碼管仿真中，交通燈使用有色小燈泡代替。數(shù)碼顯示用8421BCD數(shù)碼管。這樣，我們就完成了各個(gè)部分的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)不斷地整合和調(diào)試，我們完成了整個(gè)電路，并使之正常運(yùn)行。電路運(yùn)行環(huán)境為MultisnnvlO.lo三、交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)總結(jié)和結(jié)論1、 總體上來(lái)說(shuō)，本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)是比較成功的。2、 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到了組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。燈組狀態(tài)屬于組合邏輯電路設(shè)計(jì)的范疇，而計(jì)數(shù)定時(shí)部分是時(shí)序邏輯電路。在燈組設(shè)計(jì)中，只需要將真值表列出后化簡(jiǎn)即可■得到各燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這是比較簡(jiǎn)單的。而在定時(shí)的邏輯電路中，首先需要將兩個(gè)74LS190同步級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后通過(guò)進(jìn)位輸出端來(lái)控制置位并置數(shù)，這樣就可以完成30s,20s,5s的定時(shí)和倒計(jì)時(shí)。將各位信號(hào)輸出后，就可以顯示在8421BCD數(shù)碼管中。3、 在設(shè)計(jì)置位信號(hào)時(shí)，我們遇到了不少麻煩。首先是無(wú)法保持計(jì)數(shù)狀態(tài)，通過(guò)仔細(xì)思考我們使用了RS觸發(fā)器，但是還是不能正常保持。后來(lái)經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)時(shí)因?yàn)镽S觸發(fā)器輸出的電平和芯片要求的剛好相反，于是我們加上一個(gè)非門(mén)就解決了問(wèn)題。4、 在定時(shí)電路選擇上，我們沒(méi)有選擇使用多個(gè)定時(shí)電路，而是使用了擁有三態(tài)門(mén)功能的74LS245o這個(gè)芯片是在網(wǎng)上查找資料后最終決定選擇的。這不僅使電路的得到了化簡(jiǎn)，而且也使電路的可靠性提升了許多。5、 當(dāng)完成了燈組狀態(tài)控制電路和定時(shí)電路后，我們將其整合在一起，并將定時(shí)電路產(chǎn)生的狀態(tài)信號(hào)當(dāng)作CP用在燈組狀態(tài)控制電路的191芯片上。然后將燈的變化特征信號(hào)連回74LS245上控制置數(shù)來(lái)完成置數(shù)。經(jīng)過(guò)調(diào)試，這兩部分可?以很好的配合工作。這說(shuō)明如果不考慮特殊信號(hào)，電路可以完成自動(dòng)定時(shí)和自動(dòng)變燈功能。6、 最開(kāi)始我們使用的是190的異步級(jí)聯(lián)方式，這就不可避免的使電路產(chǎn)生問(wèn)題。最顯著的是當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)記到10變09時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤的置數(shù)信號(hào)而無(wú)法繼續(xù)計(jì)數(shù)。經(jīng)過(guò)分析，是10和09之間短暫的不同步的00信號(hào)造成了這個(gè)問(wèn)題。改成同步級(jí)聯(lián)后，問(wèn)題解決。7、 考慮到特殊狀態(tài)時(shí)，我們也遇到了不小的麻煩。最初我們想使用另一套組合邏輯電路來(lái)直接控制燈，并同時(shí)用三態(tài)門(mén)切斷原有控制電路的信號(hào)。這樣的話(huà)比較復(fù)雜。后來(lái)我們利用74LS245的置數(shù)三態(tài)門(mén)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)74LS191置數(shù)，進(jìn)而完成狀態(tài)的保持。這點(diǎn)和上面是一樣的。8、 最后一個(gè)特殊狀態(tài)的改變我們就在每一路上接入非門(mén)或與非門(mén)，一般下給高電平，不加控制，特殊狀態(tài)時(shí)用低電平來(lái)強(qiáng)制控制燈的亮滅，同時(shí)暫停秒脈沖發(fā)生器。這樣就完整的實(shí)現(xiàn)了所有特殊狀態(tài)的控制。9、 在電路調(diào)試中，我們發(fā)現(xiàn)單獨(dú)設(shè)計(jì)好的各個(gè)電路部分如果復(fù)制到主電路中，是不能正常工作的。這就使我們必須在主電路中重新連接各個(gè)部分。這也使我們浪費(fèi)了不少時(shí)間。10、 設(shè)計(jì)中，新的芯片功能如果不是很清楚的話(huà)，會(huì)導(dǎo)致電路設(shè)計(jì)上的彎路。我們就犯了這類(lèi)錯(cuò)誤。在以后的設(shè)計(jì)中，我一定會(huì)注意這點(diǎn)的。11、 電路線(xiàn)路的布置上，如果能恰當(dāng)?shù)氖褂每偩€(xiàn)，會(huì)使電路外型上得到適當(dāng)?shù)幕?jiǎn)，并使電路的工作穩(wěn)定性得到保證。在此次電路設(shè)計(jì)中，我們使用了不少的總線(xiàn)，使電路簡(jiǎn)化了不少。也使電路的修改變得容易不少。結(jié)論1、 電路分塊設(shè)計(jì)，聯(lián)合調(diào)試的方法可以提高設(shè)