電子技術(shù)課程設(shè)計報告書

1、哈爾濱理工大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計報告書咗幺礁理尊Harbin University Of Science And Technology交通燈控制系統(tǒng)電氣與電子工程學(xué)院題 目: 學(xué) 院: 專業(yè)班級: 學(xué) 號: 姓 名: 指導(dǎo)教師:2010年上學(xué)期交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計報告一實驗?zāi)康?. 掌握綜合應(yīng)用數(shù)電理論知識和中規(guī)模集成電路設(shè)計方法2. 掌握調(diào)試及電路主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。3 了解交通燈管理的基本工作原理。 二、交通燈控制器任務(wù)及要求 1、能顯示十字路口東西、南北兩個方向的紅、黃、綠的指示狀態(tài) 用兩組紅、黃、綠三色燈作為兩個方向的紅、黃、綠燈。 2、能實現(xiàn)正常的到計時功能 用兩組數(shù)碼管作為東西

2、和南北方向的到計時顯示，主干道每次放行（綠燈） 60 秒，支干道每次放行（綠燈） 45 秒，在每次由綠燈變成紅燈的轉(zhuǎn)換過程中，要 亮黃燈 5 秒作為過渡。3、能實現(xiàn)特殊狀態(tài)的功能（選做）（ 1按 sl 鍵后，能實現(xiàn)特殊狀態(tài)功能：（2）顯示到計時的兩組數(shù)碼管閃爍；（3）計數(shù)器停止計數(shù)并保持在原來的狀態(tài)：（4）東西、南北、路口均顯示紅燈狀態(tài)：（5）特殊狀態(tài)解除后能繼續(xù)計數(shù)。4、能實現(xiàn)總體清零功能：按下該鍵后，系統(tǒng)實現(xiàn)總清零，計數(shù)器由初始狀態(tài)計 數(shù)，對應(yīng)狀態(tài)的指示燈亮。5、完成電路全部設(shè)計后，通過實驗箱驗證設(shè)計課題的正確性。 三比較和優(yōu)選設(shè)計方案1方案 1：利用單片機來設(shè)計1 ） 顯示界面 該系統(tǒng)要

3、求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能。完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案雖只顯示有限的符號和數(shù)碼字苻，但是完全勝 任題目要求。2 ）輸入 ： 題目要求系統(tǒng)能手動設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理。直接在 IO 口線上接上按鍵開 關(guān)。因為設(shè)計時精簡和優(yōu)化了電路， 所以剩余的口資源還比較多， 我們使用四個 按鍵，分別是 K1、K2、 K3、K4。 由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機本身的 I/O 口就可實現(xiàn)， 且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用。3）輸出：控制發(fā)光二極管，來表示紅綠燈的亮滅，及山爍。系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、鍵盤、 LED 顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。方案 2： 利用中規(guī)模集成芯片來實現(xiàn)。其中信號燈的亮滅有三

4、種可選方案：1）利用 74LS161：2）利用存儲器：3）利用扭環(huán)循環(huán)控制。方案選擇：由于這次實驗是電工電子實驗。利用方案 1 不太滿足要求。方案 2 中利用扭環(huán)循環(huán)控制信號燈的亮滅， 不容易實現(xiàn)特殊功能狀態(tài)； 利用存儲器需 要對芯片編碼， 有時會出現(xiàn)編碼混亂的情況， 這樣會造成電路檢測的不便。 因 此選用 161 控制信號燈的亮滅，較為合適。四系統(tǒng)框圖及說明 ：1、分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如下圖所示。 它主要由計時電路、 主控電路、 信號 燈轉(zhuǎn)換器和脈沖信號發(fā)生器組成。 脈沖信號發(fā)生器用的是 555定時器；計時計數(shù) 器是由74LS192來完成、輸出四組驅(qū)動信號T

5、O和T3經(jīng)信號燈轉(zhuǎn)換器（4片7448） 來控制數(shù)碼顯示器顯示， 主控電路是系統(tǒng)的主要部分， 由它控制信號燈轉(zhuǎn)換器的 工作。主干道譯碼支十道譯碼上控電路進制轉(zhuǎn)換主干道顯示脈沖發(fā)I器狀態(tài)轉(zhuǎn)換f 支干道顯示（圖 1-1）2、信號燈轉(zhuǎn)換器兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)共有4種，如圖1-2所示 00 ooe OO狀態(tài)0支干道綠燈亮OO#OOO狀態(tài)2主干道綠燈亮OOO OOOOO eooOOOooe圖1-2狀態(tài)1支干道黃燈亮道冼0TJ火 )主信號燈狀態(tài)與車道運行狀態(tài)如下:so：支干道車道的綠燈亮,S1:支干道車道的黃燈亮,S2：支干道車道的紅燈亮, 00車道通行，主干道 車道的紅燈亮，車道禁止通行車道緩行，

6、主干道 車道的紅燈亮，車道禁止通行車道禁止通行，主干道車道的綠燈亮，車道通行S3：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，主干道 車道的黃燈亮，車道緩行G1=1:主干道綠燈亮丫1=1:主干道車道黃燈亮R1=1:主干道車道紅燈亮,G2=1 :支干道車道綠燈亮丫2=1 :支干道車道黃燈亮R2=1:支干道車道紅燈亮,圖1-3信號燈的工作順序流程74LS161加顯然，這是一個二位二進制計數(shù)器?？刹捎弥幸?guī)模集成計數(shù)器 法計數(shù)器構(gòu)成狀態(tài)控制器，電路如圖14Q o背T5EP74LS161TGCPCRDaDsD.%1匸圖1-4用中規(guī)模集成計數(shù)器74LS161構(gòu)成狀態(tài)控制器表一 74LS161的功能表CLRLOADE

7、NPENTCLKA R D CQAQRQCQD：XXXr xX X X X00001000POSX X X XABCD1111POSX X X XCount111XP XX X X XQAO QBO QCO QDO11X1XX X X XQAO QBO QCO QDO設(shè)狀態(tài)編碼為：SOOOOO S1=OOOJ S2=0010S3=0011,則苴狀態(tài)表為:3 狀態(tài)譯碼器的設(shè)計主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。 它們之間的關(guān)系見真值表1。對于信號燈的狀態(tài)，“ 1表示燈亮，“ 0”示燈滅。表1-2狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表狀態(tài)控制器輸出主干道信號燈支干道信號燈QbQaR1

8、Y1G1R2Y2G200100010011000011001010011001100電路接法如下:現(xiàn)選擇半導(dǎo)體發(fā)光二極管模擬交通燈，門電路輸出高電平時，點亮相應(yīng)的發(fā)光二極管。4. 主干道計時電路1）原理：通過74LS192（2片）采用串行異步整體置數(shù)級連和下一個狀態(tài)的 相應(yīng)控制來分別實現(xiàn)60秒、5秒、50秒。通過7448（ 2片）譯碼器和數(shù)碼管的 連接的連接實現(xiàn)幾個燈時間的顯示。2）.原器件的選擇及參數(shù)：若選集成計數(shù)器74LS192（ 2片），采用異步整體置數(shù)。譯碼器 7448（2片）、7段數(shù)碼管（2個）等。表1-3 7448狀態(tài)表注：本系統(tǒng)設(shè)計用的是74LS19十謹(jǐn)救輸入EI/RBO輸出或功

9、能LTRBID C S Aabcdfs0HH0 0 0 0H11111101HKo a a 1H011002HXo a i oH11011013HX(J 口 】1H11110I4HX0 10 0H01100115HK0 10 1H1011116HX0 110H00111117HX0 111H1110ci008HX10 0 0H11111119EKi a a iH1110a11計數(shù)器（0-9），因此7447的后面幾個狀態(tài)沒必要寫出。表1-4狀態(tài)編碼與時間關(guān)系表開關(guān)（s）ABC時間（T）110060201053001503）電路接法如下:SST顯示時間+支干道黃燈顯示時間、否則會出現(xiàn)交通混亂現(xiàn)象。

10、另外、3個開關(guān)（s1,s2,s3在分圖的連接中作為選擇時間，而在總圖中，應(yīng)該連接到相應(yīng)的顯 示燈上。5. 支干道計時電路1）原理:通過74LS192（2片）采用串行異步整體置數(shù)級連和下一個狀態(tài)的相應(yīng)控制來分別實現(xiàn)45秒、5秒、65秒。通過7448 （2片）譯碼器和數(shù)碼管的連接的連接實現(xiàn)幾個燈時間的顯示。2）.原器件的選擇及參數(shù)：若選集成計數(shù)器74192 （2片），采用異步整體置數(shù)。譯碼器7448 （2片）、 7段數(shù)碼管（2個）等?；旧吓c主干道計時電路一樣。3）.電路接法如下：十字路口要有數(shù)字顯示，作為倒計時提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減

11、1，計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口綠、黃、紅燈變換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進入下一步某方向的工作循環(huán)。倒計時顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，它由計數(shù)器驅(qū)動并顯示計數(shù)器的輸出值。 預(yù)置數(shù)（即車的通行時間）功能：紅綠燈接分別接十位數(shù)74192芯片的D、C、B、A端和個位數(shù)74192芯片的 D、C、B、A 端。6.秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生秒信號的電路有多種形式，由于電路對脈沖的精確度要求不是很高而晶體振蕩需要分頻，所以圖7是利用555定時器組成的秒信號發(fā)生器。因為該電路輸出脈沖的周期為：T .7(R +2R2)C。若 t=1S，令 C=10Af , Ri=39KO，則R2 ：、51K。取固定電阻47K

12、與5K.1的電位器相串聯(lián)代替電阻 R2。在調(diào)試電路時，調(diào)試電位器Rp,使輸出脈沖為1s。表三 555定時器的功能表清零端Rd高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端TLQn+1放電管T功能0XX0導(dǎo)通直接清零12、/ Vcc31A Vcc30導(dǎo)通置012 V cc31Vcc31截止置112、/ Vcc3Qn不變保持 Vcr-5V秒信號圖8秒脈沖發(fā)生器原理圖丄 王-=C=1 On F7. 定時系統(tǒng)本次設(shè)計需要設(shè)定45, 65, 5, 50, 60秒五個不同的時間，由于74LS192本身具有異步置數(shù)的功能，所以本次設(shè)計直接利用狀態(tài)控制器的脈沖， 用主支干道的 信號進行置數(shù)，節(jié)省了信號的傳輸時間。表四 減法計數(shù)器74L

13、S192的功能表MRnG殆F3?2FlFO0391QQ1XXX；XXXCQQC!Q0XXdeb密Ac.ba011XXXX加計數(shù)011XXXX誡計數(shù)圖9減法計數(shù)器的置數(shù)示意圖計數(shù)器的置數(shù)示意圖8. 數(shù)字譯碼管的顯示電路本次設(shè)計采用74LS48共陰極驅(qū)動數(shù)碼管，節(jié)省了電阻的使用9. 緊急狀態(tài)運行電路在任何情況下按下緊急開關(guān)，四個方向的交通燈只有紅燈亮，并且數(shù)碼管 停止倒計時，整個系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)。彈開開關(guān)，交通信號系統(tǒng)恢復(fù)正常，數(shù)字 顯示繼續(xù)倒計時計數(shù)。原理分析：緊急開關(guān)的有效端直接接入紅燈二極管的陰極，其他燈分別接 入與非門控制。另一端通過與門接入倒計時74LS192的減計數(shù)脈沖輸入端，控制芯片

14、的工作狀態(tài)。10整個交通燈控制系統(tǒng)的布局L-五、調(diào)試過程實現(xiàn)及設(shè)計功能實現(xiàn)1、根據(jù)題目的要求，整個交通燈控制系統(tǒng)需要有 4個時間顯示器，6個交通燈 但由于每2個時間顯示器是由同一個倒計時計數(shù)器控制， 為了簡化電路使畫圖 看起來更加清晰，就只接了 1個時間顯示器。2. 在做實驗之前，我便把電路圖接好了。實驗時，先檢查需要的元件是否齊全。 并了解熟悉工具的使用。3. 檢測元器件是否可以使用。為了避免整個電路圖連好后檢測的困難， 我們通 過邊連接邊檢測的方法，這樣可以做到每一塊的電路連接的成功。 為以后的檢測 提供了良好的條件。4有時因為芯片的端口接線的不正確，使檢測時一時不知問題出在哪里，后經(jīng) 過

15、仔細(xì)檢查，才發(fā)現(xiàn)問題。5本來我想的是74LS161芯片的輸出端的00-01-10-11狀態(tài)分別控制主干道綠燈、 黃燈、紅燈、紅燈。但是測試的時候總是不能實現(xiàn)綠燈亮60s黃燈亮5s的狀態(tài)。后來發(fā)現(xiàn)是74LS192的置數(shù)允許端的信號置前于 74LS161芯片的脈沖端。最后, 只有改變信號燈的控制狀態(tài)了。用 74LS161芯片的輸出端的00-01-10-11狀態(tài)分 別控制主干道紅燈、綠燈、黃燈、紅燈。支干道也是同理的改變了原來的接法。6原來使用2個LS192的八個輸出端接或門控制置數(shù)端，后來發(fā)現(xiàn)可以利用該芯 片的借位輸出端接或門來實現(xiàn)不同的進制狀態(tài)。節(jié)省了不少的連線。7 由于實驗板上有點脈沖輸出，我

16、們便借用了一下，從而輕易的實現(xiàn)了系統(tǒng)的清 零功能。六、結(jié)果分析（1）實驗時，有時輕微的震動會引起數(shù)碼管的顯示發(fā)生變化，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)是電線或是芯片沒有接好。接好后，系統(tǒng)能夠正常工作。（2）由于在連接時我們便在一直檢測著電路，因此線路接好后的檢測很順利。檢測后發(fā)現(xiàn)我們的系統(tǒng)完全能夠達(dá)到實驗的要求。七、心得體會1、通過這次課程設(shè)計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過 程中，讓我們把我們學(xué)習(xí)到的知識通過實踐的形式表達(dá)了出來。 讓我們不僅僅是 空想和理論， 而讓我們多了對現(xiàn)實得了集合領(lǐng)悟， 為我們今后的工作和學(xué)習(xí)開創(chuàng) 了一個好的開始。2、在設(shè)計過程，經(jīng)常會遇到這樣的情況，老是想著怎樣才能符

17、合理論知識，而 忽略了實際的現(xiàn)狀，總是不能很好的實現(xiàn)自己的理想效果， 如果我的產(chǎn)品能真 正生產(chǎn)投放市場將會引起一場交通災(zāi)難。3、我覺得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時 問題老是弄不懂， 做完課程設(shè)計， 那些問題就迎刃而解了。 而且還可以記住很多 東西。比如一些芯片的功能，平時看展示記住了，這次看了，下次就忘了，主要 原因是因為沒有動手實踐過吧！ 認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的， 實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。 故一個小小的課程設(shè)計， 對我們的作用是如此之大。八、參考文獻1 電子技術(shù)基礎(chǔ) （數(shù)字部分 ）,康華光主編 .第四版.北京 :高等教育出版社 .2數(shù)字邏輯電路設(shè)計與實驗 ,繩廣基編著 . 上海交通大學(xué)出版社 ,3 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 , 粱宗善華中理工大學(xué)出版社4電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計，高吉祥主編.電子工業(yè)出版社5陳明義，宋學(xué)