數(shù)電課程設計實驗報告

1、西北工業(yè)大學數(shù)字電子技術(shù)課程設計報告 西北工業(yè)大學課 程 設 計 報 告題 目: 交通控制器學 院: 電子信息學院 班 級: 08031001 08031002學生（學號）: *（201030*） 同 組 人 員 : *（2010301*） 日期: 2013 年 1 月 13 日摘要設計一個鐵路和公路交叉路口的交通控制器。當有火車通過交叉路口時，欄桿放下，禁止車輛和行人通行，當火車通過交叉路口后，欄桿抬起，路口放行。電路主要由四部分組成，分別是時序邏輯電路、倒數(shù)計時電路、555時鐘脈沖產(chǎn)生電路以及單穩(wěn)態(tài)延時電路。關(guān)鍵詞：數(shù)字電路 紅綠燈 時序邏輯 交通控制目 錄一、課程設計目的4二、設計任務與

2、要求4三、方案設計與論證5四、單元電路設計與參數(shù)計算9五、電路的安裝與調(diào)試13六、遇到問題的解決方法14七、結(jié)論與心得15八、參考文獻17數(shù)字電子技術(shù)課程設計報告 交通控制器一、 課程設計的目的1、 培養(yǎng)學生電路設計的能力，綜合應用常規(guī)電路器件實現(xiàn)較為復雜的電路設計；2、 培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，從理論上升到實驗，理論與實驗相互結(jié)合，相互促進；3、 培養(yǎng)學生寫科技論文的能力。二、 設計任務與要求設計一個鐵路和公路交叉路口的交通控制器。該交叉路口的平面位置示意圖如下圖所示。a、b是兩個欄桿，p1、p2處設置兩個壓敏傳感器，用于檢測是否有火車通過路口。（p1、p2點相距較遠，一列火車不會

3、同時壓在兩個壓敏元件上）。當有火車通過交叉路口時，欄桿放下，禁止車輛和行人通行，當火車通過交叉路口后，欄桿抬起，路口放行。設計要求：（1）當火車由東向西或由西向東通過p1p2段，且當火車的任何部分位于p1p2之間時，欄桿a、b應同時放下，否則a、b同時抬起。（2）路口設置紅、綠兩色交通燈指示燈。在欄桿a、b放下時，路口的紅色交通燈亮，綠色交通燈滅；當欄桿a、b抬起時，路口的綠色交通燈亮，紅色交通燈滅。（3）在欄桿a、b剛抬起或剛放下時，鳴響警鈴，要求鈴聲持續(xù)15秒;同時用數(shù)碼顯示器顯示倒計時時間。三、 電路工作原理分析設計要求可得如下原理圖：（1）、輸入信號x1、x2由壓敏元件發(fā)出：當火車壓到

4、壓敏元件時，x1（或x2）=1，否則x1（或x2）= 0。（2）、輸出信號z控制欄桿a、b及交通等的動作：z =1時，a、b放下，紅燈亮，綠燈滅，同時警鈴響并在數(shù)碼管上顯示倒計時時間；z =0時，a、b抬起，紅燈滅，綠燈亮，同時警鈴響并在數(shù)碼管上顯示倒計時時間。（3）、cp脈沖信號：控制z信號電路的時鐘信號和控制數(shù)碼管的秒脈沖信號都由555定時器產(chǎn)生（vcc=5v,f=1hz）。 綜上所述：本設計需要4個單元電路；即z信號產(chǎn)生電路，15s倒計時顯示電路，警鈴電路，1hz cp脈沖產(chǎn)生電路。其系統(tǒng)方框圖如下所示：555產(chǎn)生的時鐘信號時控制電 路15秒控制 電 路時間顯示 電 路 電路各

5、部分的設計1、 脈沖信號發(fā)生器 由555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生1hz和1khz的脈沖。改變電容c1的值或者電阻r1r2的值即可實現(xiàn)。計算公式: 頻率 f=1/ln2(r1+2r2)c2、 時序控制電路由多個74ls08、74ls32、74ls86、74ls04和雙d觸發(fā)器74ls74設計時序控制電路如下:3、 15秒倒計時顯示電路 由兩個74192及兩個七段顯示器構(gòu)成， cp接由555產(chǎn)生的1hz脈沖 。第一個192a接高，bcd接地，達到0001的預置。第二個192ac接高，bd接低，達到0101的預置。由此8421碼轉(zhuǎn)換為十進制碼即實現(xiàn)15的預置。down端接555輸出的脈沖，從而實

6、現(xiàn)倒計時。4、 15秒蜂鳴器報警電路 由2個74ls123構(gòu)成，輸入端由z信號控制，當開關(guān)x1或x2有一個產(chǎn)生高電平時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生一個15秒的高電平，蜂鳴器響15秒，同時觸發(fā)計時器192倒計數(shù)15秒，脈沖停止，倒計時停止，同時蜂鳴器也停止報警。脈沖寬度計算公式： t =ln3rc完整電路圖四、 芯片簡介1. 雙d觸發(fā)器74ls74 74ls74功能表2、十進制可逆計數(shù)器74ls19274ls192是同步十進制可逆計數(shù)器,它具有雙時鐘輸入,并具有清除和置數(shù)等功能, 74192管腳圖：74192功能表3、555定時器它可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和壓控振蕩器等多種應用電路。

7、555管腳圖555功能表4、led顯示器led顯示器由8個發(fā)光二極管構(gòu)成，通過不同的組合，可以用來顯示0-9、a-f以及小數(shù)點等字符。有共陰和共陽兩種。 5、74ls123功能表五、 相關(guān)波形 1.用555作多諧振蕩電路產(chǎn)生的脈沖波形圖1khz脈沖波1hz脈沖波2.時序控制電路3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生的脈沖波形六、 在調(diào)試及組裝電路過程中出現(xiàn)的問題及解決方法電路的安裝與調(diào)試首先,利用數(shù)字萬用表測試面包板的聯(lián)通部分，做好標記，然后根據(jù)整體電路圖在面包板上放置各個電路單元，在此過程中進行每個芯片位置的確定，即聯(lián)系緊密的芯片盡可能放在一起，飛線時盡可能走直線，根據(jù)電路圖在面包板上安裝電路時還需注意，插入元

8、器件時應垂直插入對應插孔，然后均勻用力按入插孔，以免折彎引腳。在拔出芯片時，要用鑷子從側(cè)面小心的拔起，以免使引腳受力不均而折斷。在連接導線時，要正確合理的布線，布線時要注意在導線周圍走線，不要從芯片上方跨過，這樣便于芯片工作時進行檢查和調(diào)換器件。為使布線簡潔明了，便于檢查，電路中不同功能的導線盡可能采用不同顏色的線，布線時先布電源線和接地線，然后進行每一單元電路的布線，最后進行各單元電路的連接。走線時要盡可能少遮蓋其他插孔，以免影響其它導線的插入。仔細接好全部電路時，為了確定每條導線接入正常，沒有出現(xiàn)虛連，漏連，錯連等現(xiàn)象，要用數(shù)字萬用表的蜂鳴檔對照電路原理圖進行檢測。其內(nèi)容包括電源線和地線的

9、連接測試；芯片的供能端與接地端的連接測試；各芯片之間連線的測試。然后利用萬用表電阻檔檢查電路中是否有短路或斷路現(xiàn)象。確定電路連接正確后，接入5v電源，檢查芯片是否有發(fā)熱現(xiàn)象，是否有異味。出現(xiàn)上述現(xiàn)象后則需要在電路輸入加一個信號，然后按信號流程用萬用表測每一個輸出的電平并與正確的電平高低進行比較，直到找出故障位置為止。對于cp脈沖產(chǎn)生電路則需要用示波器來觀察波形，通過調(diào)節(jié)可變電阻來調(diào)出1hz脈沖。按照電路圖將電路接好以后，并不能得到理論的結(jié)果，主要出現(xiàn)以下問題：1、 與主控對應的脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生的脈沖頻率偏高經(jīng)常導致mutisim軟件無法響應。減小電容或電阻，降低頻率可以改進。2、 由于電阻的誤差

10、及公式的近似計算可能導致15秒的脈沖寬度不準，以至顯示器到零后繼續(xù)計時，顯示99。在數(shù)碼管的接線端接上一個六口或門，當數(shù)碼管輸入全零時，則其輸出控制192的up端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保持。3、 紅綠燈不亮或是亮燈規(guī)律不正確；4、 蜂鳴器一直響，不會停止。調(diào)試方法1、 靜態(tài)調(diào)試檢查電路是否連錯，連線比較復雜，容易出現(xiàn)錯誤，在電路檢查中，發(fā)現(xiàn)幾處錯誤，得以糾正。2、 動態(tài)調(diào)試我們采用各個部分先調(diào)試，每個部分正確以后再調(diào)試整體的方法，這樣容易檢測出錯誤。（1）在面包板上，我們發(fā)現(xiàn)盡量不要串線共用電源和接地端，如果共用，相互影響很大，紅綠燈會出現(xiàn)不亮的情況，電源和地各個部分單獨引線使用；（2）用萬用表檢測共用

11、線路是否導通，發(fā)現(xiàn)有些導線接觸不好，更換好的導線；（3）利用試驗臺上的小燈，用導線檢測各個門電路的輸出高低電平是否與理論相符，從而判斷元器件是否損壞，更換新的器件；（4）試驗中按照理論很難得到標準的1000hz、1hz脈沖，改變所用電阻、電容的大小可以得到，74ls123單穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生15秒延遲功能的時候，理論值根本達不到，而且不穩(wěn)定，最終本組采用62 k的電阻、220uf的電容，基本上達到要求，但實際上還低于15秒；（5）各個部分輸出正確以后，將各部分連接起來，結(jié)果還是不正確，蜂鳴器只響不停，經(jīng)檢測，z信號對其有影響，在經(jīng)過兩級非門以后，再把z信號作為74ls123的驅(qū)動信號，可以得到比較理想的

12、結(jié)果；（6）將問題逐一排出解決后，得到實驗結(jié)果。七、 設計心得體會通過緊張的三天的課程設計，我們收獲頗豐，真真切切地感受到了實踐和理論存在著距離。即使我們熟練地掌握了理論知識，但是在具體應用實踐的時候，還會遇到各式各樣的問題。比如說在電路的設計過程中，我們可以有很多方案來選擇，具體選擇哪一種就要看哪一種方案比較簡單，我們對這種方法是否了解。選擇好方案，畫完圖之后，還要用示波器對不同的接線端進行測試，如果有不預期因素存在的話就需要在電路的某些方面更改原有方案。設計過程緊張而有序，通過與隊友的緊密合作，從仔細分析題目要求到初步模型建立在到著手連接線路，我們不斷解決隨時遇到的問題，或通過上網(wǎng)查閱資料

13、或通過請教老師或通過與同學交流?？傊?，我們最后成功地完成了實驗的要求。通過這次實習我發(fā)現(xiàn)團隊的合作的重要性，這次實習是我們是兩人一組，遇到問題大家一起討論。不僅問題解決了，而且也增強了這種團結(jié)意識，這對以后的工作和學習都很有幫助。這次實習我們的收獲很多，也長了很多的知識，總之，這次實習是很非常成功的。感觸最深的便是實踐聯(lián)系理論的重要性，當遇到實際問題時，只要認真思考，對就是思考，用所學的知識，再一步步探索，是完全可以解決遇到的一般問題的。從設計電路圖，選擇元器件，使用multisim仿真電路，在面包板上組合實踐實際電路，每一個過程都和隊友共同探討，其過程中出現(xiàn)了不少的問題，我們沒有氣餒，沒有退

14、縮，我們積極向同學請教，并且一遍又一遍的重復實踐，直到我們期望的結(jié)果實現(xiàn)。事實也證明我們的努力沒有白費，認真嚴謹?shù)膶嵙晳B(tài)度給我們帶來了成功的喜悅！本次實習的目的主要是使我們對電子元件有一定的感性和理性認識；對電子信息技術(shù)等方面的專業(yè)知識做進一步的理解；培養(yǎng)和鍛煉我們的實際動手能力，使我們的理論知識與實踐充分地結(jié)合，作到不僅具有專業(yè)知識，而且還具有較強的實踐動手能力，能分析問題和解決問題的高素質(zhì)人才，為以后的順利就業(yè)作好準備。此外，課程設計大大激發(fā)了同學們學習的熱情。我學課本上的只是大多都是被動去學的，而做課程設計自己就變得很主動了，不懂得的問題就一定去弄明白，這也讓我們感覺到我們平時學的知識是

15、有用的。這一次的課程設計正如老師所講，沒有多少東西要我們?nèi)ハ?，更多的是要我們?nèi)プ?，好多東西看起來十分簡單，一看電路圖都懂，但沒有親自去做它，你就不會懂理論與實踐是有很大區(qū)別的，看一個東西簡單，但它在實際操作中就是有許多要注意的地方，有些東西也與你的想象不一樣，我們這次的實驗就是要我們跨過這道實際和理論之間的鴻溝。不過，通過這個實驗我們也發(fā)現(xiàn)有些事看似實易，在以前我是不敢想象自己可以獨立設計一個實用性很強的電路，不過，這次實驗給了我這樣的機會，現(xiàn)在我可以獨立的做出。遺憾的是，我們組有一個單元電路有問題，到最后也未能解決，昨晚課程設計后，這些問題仍然是大家談論的話題。所以我認為，課程設計是我們認識

16、工程設計的“敲門磚”，我想通過這次課程設計，我們會更加努力學習專業(yè)課知識，重視實際制作。在此，我想感謝課程設計的老師和我的舍友們，是他們在課程設計過程中幫助我發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。老師嚴謹細致、一絲不茍的作風是我學習中的榜樣；舍友不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。這次課程設計的每一步都離不開老師的細心指導和同學們的幫助。謝謝大家對我的幫助和支持，讓我感受到集體的溫暖。八、 元器件清單元件名稱型號數(shù)量計數(shù)器74ls1922個雙d觸發(fā)器74ls741個蜂鳴器buzzer1個單輸入非門74ls04n1片兩輸入或門74ls32n2片兩輸入與門74ls08j2片555計數(shù)器lm555cn2個電容10uf3個電容220uf2個電容10nf1個電阻62k2個電 阻43 k，51 k各2個集成單穩(wěn)觸發(fā)器74ls1232個七段譯碼顯示器dcd_hex2個九、 參考文