通信工程交通信號(hào)燈課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1、青 島 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院數(shù) 字 電 路 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告論 文 題 目 交通信號(hào)燈可動(dòng)控制器 學(xué)生專業(yè)班級(jí) 通信工程1001 學(xué)生姓名（學(xué)號(hào)） 辛賓（20102932） 設(shè)計(jì)小組其他同學(xué)姓名（學(xué)號(hào)） 宋聰（20102865） 指 導(dǎo) 教 師 李霞 完 成 時(shí) 間 2012.12.02 實(shí) 習(xí) 地 點(diǎn) 信息樓機(jī)房 2012年 12月 02日交通信號(hào)燈可動(dòng)控制器目錄一、課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù)11課程設(shè)計(jì)目的12課程設(shè)計(jì)任務(wù)13技術(shù)要求1二、提出方案11、設(shè)計(jì)任務(wù)分析本實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)為12、設(shè)計(jì)方案論證1三、具體實(shí)現(xiàn)過程31、秒脈沖發(fā)生器32、狀態(tài)譯碼器43、遞減計(jì)時(shí)系統(tǒng)54、狀態(tài)控

2、制器6四、電路總圖8五、實(shí)驗(yàn)心的8六、參考文獻(xiàn) . 10 一、課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù)課程設(shè)計(jì)目的：1、鞏固和加強(qiáng)數(shù)字電子技術(shù)課程的理論知識(shí)。2、掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，了解電子產(chǎn)品研制開發(fā)過程。3、掌握電子電路安裝和調(diào)試的方法及其故障排除方法，學(xué)會(huì)用EWB路仿 真。 4、通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。鞏固所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)綜合能力，提高實(shí)驗(yàn)技能，啟發(fā)創(chuàng)新能力的效果5、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。讓學(xué)生通過動(dòng)手動(dòng)腦解決實(shí)際問題，鞏固課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。 課程設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)城市十字路口的交通燈控制。技術(shù)要求為：1、東西方向綠燈(EW

3、G)亮70s,南北方向紅燈亮(NSR)亮;2、東西方向黃燈(EWY)亮5s,南北方向紅燈亮(NSR)亮;3、南北方向綠燈(NSG)亮70s,東西方向紅燈亮EWR)亮4、南北方向黃燈(NSY)亮5s,東西方向紅燈亮(EWR)亮二、提出方案1、設(shè)計(jì)任務(wù)分析本實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)為：任意進(jìn)制數(shù)加減計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)，觸發(fā)器，555定時(shí)電路的工作原理以及基本控制邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，參數(shù)計(jì)算和檢測(cè)調(diào)試。（1）秒振蕩電路應(yīng)能輸出頻率分別為為1H幅度為5V的時(shí)鐘脈沖，為提高精度，可用555設(shè)計(jì)一個(gè)輸出頻率為1Hz的多諧振蕩器。（2）計(jì)數(shù)器電路應(yīng)具有75秒倒計(jì)時(shí)功能，可以通過2片74LS190級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。（3）各個(gè)方向的倒計(jì)

4、時(shí)顯示可共用一套譯碼顯示電路，只要用2個(gè)4輸入的BCD_HEX數(shù)碼管接74LS190的輸出即可實(shí)現(xiàn)。（4）主控制電路和信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)用各種門電路和JK觸發(fā)器組成，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)電路的轉(zhuǎn)換、各方向信號(hào)燈的控制。 2、設(shè)計(jì)方案論證：1系統(tǒng)工作流程圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，各信號(hào)燈工作順序流程如圖2，信號(hào)燈四種不同狀態(tài)分別用S0（主干道綠燈亮，支干道紅燈亮），S1(主干道黃燈亮，支干道還是紅燈)，S2（主干道紅燈亮，支干道綠燈亮），S3（主干道還紅燈亮，支干道黃燈亮）表示，其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖1-2所示。：東西向紅燈亮，南北向黃燈亮5秒東西向紅燈亮，南北向綠燈亮70秒東西向黃燈亮秒，南北向紅燈亮5秒東西向

5、綠燈亮，南北向紅燈亮70秒圖1-1 系統(tǒng)工作流程S0=11S1=01S3=00S2=10圖1-2 系統(tǒng)工作流程2系統(tǒng)硬件框圖硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：圖12  硬件結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)上述流程圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，我們可以用一個(gè)兩位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，通過譯碼器與顯示電路相連。由于Multisim帶有不需要譯碼的4輸入DCD_HEX數(shù)碼管，為了簡(jiǎn)便，在仿真電路中直接使用DCD_HEX數(shù)碼管，沒有使用譯碼電路。三、具體實(shí)現(xiàn)過程1) 秒脈沖發(fā)生器 秒振蕩電路可由555多諧振蕩器構(gòu)成，參數(shù)計(jì)算如下：取C2=10F，要得到1HZ的方波信號(hào)，低電平時(shí)間T2=0.5S，高電平時(shí)間T1=0.5S由（R1+2R2）C*

6、0.69=T，T1=(R1+R2)*C*0.69，T2=R2*0.69*C，得：R2=72.4k，R1=0，在仿真時(shí)，為了便于觀察，可以縮短周期，這里取R2=724，R1=1得到的近似為1HZ的方波。得到的1HZ的方波的作用：（1） 為黃燈提供一個(gè)脈沖，當(dāng)黃燈亮?xí)r能夠產(chǎn)生周期為1S的閃爍效果。（2） 為74190N計(jì)數(shù)器（數(shù)碼管個(gè)位）CLX端口提供一個(gè)遞減時(shí)間間隔為1S的脈沖。2) 狀態(tài)譯碼器電路圖如下：該電路中兩個(gè)JK觸發(fā)器的工作原理：當(dāng)觸發(fā)信號(hào)傳過來時(shí)，為1時(shí)保持，當(dāng)傳過來時(shí)是一個(gè)下降沿，取反。U3，U4，U5，U6，U7，U8來實(shí)現(xiàn)6盞燈的亮滅，6盞燈控函數(shù)真值表如下： 由真值

7、表得燈控函數(shù)邏輯表達(dá)式R=NOT ，Y= AND NOT ，G= AND r=，y=NOT AND NOT ，g= AND NOT Y和y的控制信號(hào)在輸入之前與時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行一下與操作，從而實(shí)現(xiàn)了黃燈閃爍的效果。3) 遞減計(jì)時(shí)系統(tǒng) 計(jì)數(shù)器選用集成電路74190較簡(jiǎn)便。74190是十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，它具有異步并行置數(shù)功能、保持功能。74190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的輸出數(shù)據(jù)間接實(shí)現(xiàn)清零功能。74190功能表如下表所示：信號(hào)燈遞減計(jì)數(shù)器電路圖選用兩片74190時(shí)間控制可逆計(jì)數(shù)器，兩片計(jì)數(shù)器之間采用異步級(jí)連方式，利用個(gè)位計(jì)數(shù)器的借位輸出脈沖直接作為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)

8、脈沖，個(gè)位計(jì)數(shù)器輸入秒脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)個(gè)位74190的CLK接受來秒脈沖發(fā)生器的脈沖輸出時(shí)，個(gè)位74190的置數(shù)并開始減法計(jì)數(shù)和控制信號(hào)燈的狀態(tài)。當(dāng)個(gè)位減法計(jì)數(shù)器出現(xiàn)借位時(shí)就會(huì)給clk十位74190一個(gè)脈沖，十位74190就減一，兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值譯碼后實(shí)時(shí)顯示在數(shù)碼管上。兩個(gè)譯碼器通過控制電路控制JK觸發(fā)器的脈沖輸入端在四種狀態(tài)間循環(huán)，并通過狀態(tài)譯碼電路實(shí)時(shí)控制主干道和支干道的紅綠燈變換，實(shí)現(xiàn)電路的功能要求。兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器同時(shí)減到0時(shí)，用一組或門電路和秒脈沖控制使兩個(gè)計(jì)數(shù)器重新置數(shù)（十位置7，個(gè)位置5），從而控制電路的狀態(tài)循環(huán)，及交通燈的循環(huán)。該部分電路使用來判斷數(shù)碼管個(gè)位是不是5，

9、從而整個(gè)電路當(dāng)為05時(shí)，使（2）產(chǎn)生一個(gè)下降沿。4) 狀態(tài)控制器 相關(guān)波形如下圖所示：由流程圖可見，系統(tǒng)有4種不同的工作狀態(tài)，狀態(tài)編碼分別為11、10、01、00，狀態(tài)編碼為兩個(gè)下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器74LS112的輸出：（2） 和（1）。 當(dāng)為11時(shí)，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮。當(dāng)為10時(shí)，東西方向黃燈閃，南北方向紅燈亮。當(dāng)為01時(shí)，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮。當(dāng)為00時(shí)，東西方向紅燈亮，南北方向黃燈閃。JK觸發(fā)器由（1）（2）時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)，會(huì)循環(huán)的在這四種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。波形（1）為的時(shí)鐘，波形（2）為的時(shí)鐘，波形（方波）為555定時(shí)器得到的1HZ的時(shí)鐘信號(hào)。（1）信號(hào)的下

10、降沿正好在第75個(gè)時(shí)鐘處，（2）信號(hào)的下降沿第一個(gè)在第70個(gè)時(shí)鐘處，第二個(gè)在第75個(gè)時(shí)鐘處。這部分電路由純粹的組合邏輯電路來實(shí)現(xiàn)，思路如下：當(dāng)兩片192計(jì)數(shù)器的置數(shù)端都有效時(shí)（即輸出為00），的時(shí)鐘信號(hào)為0，否則為1。設(shè)計(jì)組合電路，判斷 當(dāng)兩片192的輸出為05（即倒計(jì)時(shí)70秒）時(shí)，輸出為0，否則為1。這樣得到了這樣兩個(gè)波形：再把他們進(jìn)行與操作，便可得到的時(shí)鐘信號(hào)。 和的波形：四、電路總圖 （電路總圖）五、實(shí)驗(yàn)心的為期一周的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，但它給我?guī)淼挠绊憛s遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有結(jié)束。通過這次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多平時(shí)課本上學(xué)不到的知識(shí)，像 用如何使用Multisim軟件以及遇到了問題該怎么處理

11、（如按照電路圖連接電路并運(yùn)行。上電以后，由于系統(tǒng)默認(rèn)仿真時(shí)間比較慢，數(shù)碼管顯示更新比較慢，調(diào)整系統(tǒng)仿真時(shí)間，在Simulate->Interactive Simulation Setting 中，調(diào)整Maximun time step ，直到得到比較好的顯示效果。也可以通過成倍的減小555的參數(shù)來調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)，從而得到比較好的顯示效果）等。通過這次課程設(shè)計(jì)我不僅從理論上了解了電子電路的制作流程還從實(shí)踐中加強(qiáng)和鍛煉了我的動(dòng)手能力，我非常珍惜這次實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，也非常希望以后會(huì)有更多的這樣的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。這次實(shí)習(xí)是鞏固和運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，基本掌握常用數(shù)字電路的一般設(shè)計(jì)方法

12、，提高設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力，并在實(shí)踐中求得理論知識(shí)的鞏固。通過這次交通燈的課程設(shè)計(jì)，使我得到了一次用所學(xué)知識(shí)、分析和設(shè)計(jì)電子電路來解決現(xiàn)實(shí)問題的機(jī)會(huì)。通過實(shí)際應(yīng)用以及大量的查閱資料使我對(duì)Multisim軟件的使用有了一定的了解，為日后成為一名合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。 在設(shè)計(jì)過程中，雖然對(duì)于理論知識(shí)有所了解，但是對(duì)于Multisim軟件的使用，以及建立仿真不能得心應(yīng)手，尤其在查錯(cuò)過程中，常出現(xiàn)選錯(cuò)參數(shù)，節(jié)點(diǎn)連錯(cuò)等問題。通過這次實(shí)習(xí)我在軟件的使用以及仿真過程認(rèn)識(shí)到以下幾點(diǎn)： 1了解電路工作原理的情況下，要熟知各元器件功能，按照電路圖組裝電路，注意正負(fù)極，以及元器件的安裝順序。2. 連接電路時(shí)要選擇正確的電路參數(shù)，避免出錯(cuò)。3. 測(cè)試電路時(shí)，必須要保證連線正確，才能打開電源。 4. 修改電路，必須先把開關(guān)關(guān)上才能修改電路器