簡(jiǎn)易交通燈控制電路的設(shè)計(jì).doc
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沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) (說(shuō)明書(shū)) 課?程?設(shè)?計(jì)?任?務(wù)?書(shū) ? 課?程?名?稱????電子線路課程設(shè)計(jì)???? 課程設(shè)計(jì)題目????簡(jiǎn)易交通燈控制電路的設(shè)計(jì)???? 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求: 一、設(shè)計(jì)說(shuō)明與技術(shù)指標(biāo) 1.東西方向綠燈亮,南北方向紅燈亮,時(shí)間25s。 2.東西方向與南北方向黃燈亮,時(shí)間5s。 3.南北方向綠燈亮,東西方向紅燈亮,時(shí)間15s。 4.如果發(fā)生緊急事件,可以手動(dòng)控制四個(gè)方向紅燈全亮,禁止該道路的車(chē)輛通行,特殊情況過(guò)后能恢復(fù)正常。 二、設(shè)計(jì)要求 1.在選擇器件時(shí),應(yīng)考慮成本。 2.根據(jù)技術(shù)指標(biāo),通過(guò)分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。 3.畫(huà)出電路原理圖(元器件標(biāo)準(zhǔn)化,電路圖規(guī)范化)。 三、實(shí)驗(yàn)要求 1.根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案;驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路,用multisim軟件仿真。 2.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。 四、推薦參考資料 1.童詩(shī)白,華成英主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).[M]北京:高等教育出版社,2006年 2.閻石,數(shù)字電子技術(shù)(第五版).[M]北京:高等教育出版社,2005.?????????? 3.陳孝彬,《555集成電路實(shí)用電路集》.高等教育出版社2002-8.???????? 4.王剛 《TTL集成電路應(yīng)用》.機(jī)械工業(yè)出版社 2000-10. 五、按照要求撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 成績(jī)?cè)u(píng)定表: 序號(hào) 評(píng)定項(xiàng)目 評(píng)分成績(jī) 1 設(shè)計(jì)方案正確,具有可行性,創(chuàng)新性(15分) 2 設(shè)計(jì)結(jié)果可信(例如:系統(tǒng)分析、仿真結(jié)果)(15分) 3 態(tài)度認(rèn)真,遵守紀(jì)律(15分) 4 設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)范化、參考文獻(xiàn)充分(不少于5篇)(25分) 5 答辯(30分) 總分 最終評(píng)定成績(jī)(以優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定) 指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日 一、 概述 簡(jiǎn)易交通燈電路是脈沖數(shù)字電路的簡(jiǎn)單應(yīng)用,設(shè)計(jì)了交通信號(hào)燈不同方向在不同的時(shí)間倒計(jì)時(shí)內(nèi),亮不同的的信號(hào)燈的功能,同時(shí)應(yīng)用了七段數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間。此交通燈可以在實(shí)現(xiàn)東西、南北方向紅黃綠燈的顏色轉(zhuǎn)換,接下來(lái)就是按照4個(gè)階段循環(huán)發(fā)光,并且如果發(fā)生緊急事件看,可以手動(dòng)控制四個(gè)方向紅燈全亮,禁止該道路的車(chē)輛通行,特殊情況過(guò)后才能恢復(fù)正常。這在當(dāng)今社會(huì)交通中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,有效的減少交通擁堵和交通事故。 本電路主要有四個(gè)模塊構(gòu)成:555脈沖發(fā)生器、5倍分頻器、倒計(jì)數(shù)器、主控制電路和手動(dòng)控制電路。整個(gè)電路是有秒脈沖提供脈沖,有計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)功能向譯碼顯示電路顯示倒計(jì)時(shí),而且也控制三種燈泡的發(fā)光。 二、方案論證 2.1設(shè)計(jì)思路 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,十字路口車(chē)輛運(yùn)行情況只有4種可能:1)設(shè)開(kāi)始時(shí)東西方向綠燈通行,南北紅燈不通行,持續(xù)時(shí)間為25s。2)25s后,東西方向綠燈變黃燈,南北方向紅燈保持不變,持續(xù)時(shí)間為5s。3)5s后,東西方向黃燈變紅燈禁止通行,南北方向紅燈變綠燈通行,持續(xù)時(shí)間為15s。4)15s后,東西方向紅燈不變禁止通行,南北方向綠燈變黃燈,5s后又回到第一種情況,如此循環(huán)反復(fù)。因此,要求主控制電路也有4種狀態(tài)。其控制原理框圖如圖1所示。 `5倍分頻器 555觸發(fā)器 主控制電路 倒計(jì)數(shù)器 數(shù)碼顯示管 手動(dòng)控制 圖1 簡(jiǎn)易交通燈電路的原理框圖 方案一: 用555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖,分別給兩個(gè)不同的電路循環(huán)提供刺激脈沖信號(hào),然后用分別對(duì)東西干道和南北干道建立電路循環(huán)圈。 原理是當(dāng)前一計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí),產(chǎn)生進(jìn)位脈沖來(lái)控制后一計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作,而此計(jì)數(shù)器自身停止工作。以此進(jìn)行循環(huán),就可以實(shí)現(xiàn)不同時(shí)刻電路的顯示 。 方案二: 用555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖,根據(jù)簡(jiǎn)單移位寄存器只有四個(gè)狀態(tài),與此時(shí)的正好完全相同,因此用移位寄存器構(gòu)成系統(tǒng)的主控模塊,驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈的顯示和計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù),同時(shí)在東西干道和南北干道上各只需要一個(gè)計(jì)數(shù)器。根據(jù)不同時(shí)刻移位寄存器給計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置數(shù),可以顯示不同的倒計(jì)時(shí)。 方案三用555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖,分別設(shè)計(jì)25位計(jì)數(shù)器,兩個(gè)5位計(jì)數(shù)器,15位計(jì)數(shù)器。作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)四個(gè)不同進(jìn)制計(jì)數(shù)器的芯片選擇,而其余四個(gè)計(jì)數(shù)器作為數(shù)碼管的顯示控制計(jì)數(shù)器,分別顯示不同時(shí)刻的計(jì)數(shù)。 方案三雖然電路復(fù)雜,但邏輯關(guān)系清晰,單路一但啟動(dòng)可自動(dòng)循環(huán),不需要任何開(kāi)關(guān)控制但是在后一計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)的時(shí)候并不能保證前一計(jì)數(shù)器停止工作。因此我們選擇方案三來(lái)完成設(shè)計(jì)。 三、電路設(shè)計(jì) 3.1 555脈沖發(fā)生器電路 由集成邏輯門(mén)與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器或由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源,其單脈沖電路如圖2所示。 圖2 555脈沖發(fā)生器 本實(shí)驗(yàn)選取多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生秒脈沖。多諧振蕩器也稱無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,它沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài),同時(shí)毋須外加發(fā)脈沖,就能輸出一定頻率的矩形脈沖(自激振蕩)。用555實(shí)現(xiàn)多諧振需要外接電阻R1,R2和電容C,并外接+5V的直流電源。只需在+VCC端接上+5V的電源,就能在4腳產(chǎn)生周期性的方波。用555組成的脈沖產(chǎn)生電路:R1= R2=470*100Ω C=10 nF 3.2 倒計(jì)時(shí)電路數(shù)字顯示電路 十字路口車(chē)輛運(yùn)行情況只有4種可能,實(shí)現(xiàn)這4個(gè)狀態(tài)的電路,可用兩個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成,也可用一個(gè)二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。所以我用二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS192實(shí)現(xiàn)。如圖3所示. 兩個(gè)數(shù)碼管是有兩個(gè)74LS192共同控制的,然后有74LS48實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管的顯示編碼。剛開(kāi)始的時(shí)候是對(duì)數(shù)碼管的高電位一個(gè)初始值,對(duì)低電位為0.當(dāng)高電位初始值減數(shù)到0且開(kāi)始借位時(shí),對(duì)低電位一個(gè)初始值,此時(shí)高電位初始值為0. 74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器,它具有雙時(shí)鐘輸入,并具有清除和置數(shù)等功能,利用74LS192進(jìn)行25s、5s、15s的計(jì)數(shù)倒計(jì)時(shí)。數(shù)碼管顯示電路:主要是有數(shù)碼管和兩個(gè)74LS48轉(zhuǎn)碼芯片實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字的.如圖4所示。 圖3 倒計(jì)數(shù)器電路及引腳圖 設(shè)計(jì)要求將各個(gè)倒計(jì)時(shí)時(shí)間用數(shù)碼管顯示出來(lái)。數(shù)碼管有兩種,七段數(shù)碼管和集成七段數(shù)碼管。七段數(shù)碼管顯示的有七個(gè)輸入端,分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管發(fā)光的七段而集成七段顯示數(shù)碼管是將7447集成到數(shù)碼管內(nèi)部。輸入端只有四個(gè),分別于計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端相對(duì)應(yīng),所以實(shí)驗(yàn)中采用集成七段顯示數(shù)碼管。 圖4 數(shù)碼顯示電路 3.3 分頻器電路設(shè)計(jì) 分頻的方法可以用74LS194、74LS160、74LS161等很多集成原件組成實(shí)現(xiàn),為了減少元件類(lèi)型我選用74LS161做分頻器。74LS161是同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,它有異步清零、同步預(yù)置數(shù)等功能。74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器.這里的4位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器的4位Qd,Qc,Qb,Qa是按二進(jìn)制方式計(jì)數(shù)的。計(jì)數(shù)的數(shù)值為0到9,a到f。74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器,可設(shè)計(jì)電路,因?yàn)槟茴A(yù)置數(shù),所以能組成16進(jìn)制內(nèi)的任意分頻。 當(dāng)74LS161清零端CR=“0”,計(jì)數(shù)器輸 出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”,這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng) CR=“1”且LD=“0”時(shí),在CP信號(hào)上升沿作用后,74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3,D2,D1,D0的狀態(tài)一樣,為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后,計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO,其邏輯關(guān)系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET,因此一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器,所以我選用74LS161作為實(shí)驗(yàn)需要的分頻器. 因?yàn)闊袅恋淖钚r(shí)間為黃燈5秒,而時(shí)鐘信號(hào)為1秒,所以選擇74LS161作為5分頻器, 燈亮的轉(zhuǎn)換由主控制器控制,由于一個(gè)周期為50秒,且經(jīng)分頻后的脈沖為5秒一個(gè)脈沖,所以主控制器控要有十進(jìn)制,這樣就能實(shí)現(xiàn)電路的分頻作用。 3.4主控制電路 主控制器控制著電路中的燈亮與對(duì)應(yīng)的時(shí)間,在不同的時(shí)間段內(nèi),東西、南北方向分別指示不同的顏色的燈光,通過(guò)增加手動(dòng)控制電路實(shí)現(xiàn)緊急情況的發(fā)生及恢復(fù).根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以得知,每一次轉(zhuǎn)換的周期為50s,最小的周期為5s,因此采用74LS161的四位二進(jìn)制加法功能實(shí)現(xiàn)控制器,分別控制4個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。同時(shí)如果發(fā)生緊急情況可以手動(dòng)控制,讓四個(gè)方向全部變?yōu)榧t燈,禁止通行,如圖5所示。 圖5 主控制及譯碼顯示電路圖 秒脈沖信號(hào)通過(guò)74LS161同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,傳遞到下一芯片,在74LS139處延遲輸出,控制東西,南北方向燈光的變化,74LS139芯片可以延遲信號(hào)的傳遞,在某個(gè)信號(hào)輸出后,延遲下一信號(hào)的輸出,同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,在如果發(fā)生緊急事件,可以手動(dòng)控制四個(gè)方向紅燈全亮,禁止該道路的車(chē)輛通行,特殊情況過(guò)后才能恢復(fù)正常。所以在74LS139的輸入端接入2個(gè)74LS04非門(mén)和2個(gè)74LS08與門(mén)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)狀態(tài)下,四個(gè)方向的紅燈全亮的結(jié)果,然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān),可以正常通行。 四、性能測(cè)試 4.1東西方向綠燈亮,南北方向紅燈亮,時(shí)間25s. 4.2東西方向綠燈變黃燈,南北方向紅燈不變,時(shí)間5s. 4.3南北方向綠燈亮,東西方向紅燈亮,時(shí)間15s. 4.4南北方向綠燈變黃燈,東西方向紅燈不變,時(shí)間5s。 五、結(jié)論 通過(guò)此次簡(jiǎn)易交通控制信號(hào)燈的分析和設(shè)計(jì),我深深感到學(xué)好數(shù)字電子電路的重要性。通過(guò)兩周不斷的查資料讓我積累了許多實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn),已初步掌握了數(shù)電的應(yīng)用技術(shù),以及數(shù)字電路的知識(shí)和有關(guān)器件的應(yīng)用,我深刻體會(huì)到了數(shù)子電路技術(shù)對(duì)當(dāng)今現(xiàn)代社會(huì)的重要作用。 這一次設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō),感觸最深的就是要想做好一個(gè)設(shè)計(jì)課題首先要對(duì)每一部分所涉及的知識(shí)點(diǎn)掌握好,在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中,我想了很多種方案,對(duì)同一個(gè)問(wèn)題(像計(jì)數(shù)器的接法)都想了很多種不同的接法,運(yùn)用不同的芯片進(jìn)行了比較。而且通過(guò)這次設(shè)計(jì),我覺(jué)得自己處理問(wèn)題上也有了一些經(jīng)驗(yàn),自己設(shè)計(jì)和仿真思維有了很大的提升。這樣才能對(duì)設(shè)計(jì)做的得心應(yīng)手。 在實(shí)際連接電路的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)不是自己簡(jiǎn)單的認(rèn)為的那樣,需要一個(gè)板塊一個(gè)板塊的去連接,如果跨度比較大的話,會(huì)發(fā)現(xiàn)中間部分的電路無(wú)法連接如電路當(dāng)中,所以就會(huì)出現(xiàn)線路排版會(huì)非常繁瑣,以至于導(dǎo)致連接后無(wú)法顯示現(xiàn)象的問(wèn)題。并且在連接電路的過(guò)程中,會(huì)用到每個(gè)芯片的管腳圖,所以我每個(gè)芯片都查出來(lái)了,并且把管教編號(hào)也寫(xiě)上了,但是因?yàn)槿鄙僦饕酒?,所以?dǎo)致我的硬件部分沒(méi)能完成,多少感到很遺憾。 在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài),首先我明白了做學(xué)問(wèn)要一絲不茍,對(duì)于出現(xiàn)的任何問(wèn)題和偏差都不要輕視,要通過(guò)正確的途徑去解決,在做事情的過(guò)程中要有耐心和毅力,不要一遇到困難就打退堂鼓,只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問(wèn)題的。我認(rèn)識(shí)到自己所學(xué)的知識(shí)和技能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足,有些實(shí)際性的問(wèn)題還不能夠解決,缺少很多有實(shí)際運(yùn)用價(jià)值的知識(shí)儲(chǔ)備,缺乏應(yīng)有的動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力,缺乏些高效利用及篩選大量資料的能力,缺乏資源共享及應(yīng)有的團(tuán)隊(duì)合作精神,有待進(jìn)一步提高,我應(yīng)當(dāng)學(xué)好自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以適應(yīng)不斷的完善自我,在學(xué)習(xí)中一步一個(gè)腳印的踏實(shí)進(jìn)步。 參考文獻(xiàn) [1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)(第五版). [M]北京高等教育出版社,2005年. [2]童詩(shī)白,華成英主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).[M]北京.高等教育出版社,2006年. [3]康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版).[M].北京.高等教育出版社,2005年. [4]陳孝彬.《555集成電路實(shí)用電路集》.高等教育出版社.2002-8. [5]王剛.《TTL集成電路應(yīng)用》.機(jī)械工業(yè)出版社,2000-10. [6]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程(第三版).高等教育出版社, 2006. [7] Dr. David Jackson. The selection of electronic components and testing. Beijing mechanical industry publishing house.2003. [8]丁志杰.數(shù)字電路,分析與設(shè)計(jì).北京理工大學(xué)出版社,2007. [9]黃繼昌.數(shù)字集成電路應(yīng)用300例.北京人民郵電出版社,2007. [10]趙柯.脈沖與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).南昌航空大學(xué)出版社,2012. 附錄I 總電路圖 附錄II 元器件清單 序號(hào) 編號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量 1 C1、C2 電容 10nf 2 2 R1、R2 電阻 110Ω 2 3 R3、R7 電阻 10kΩ 2 4 R4、R5 電阻 47kΩ 2 5 U1、U2 74LS 74LS192N 2 6 U3、U4 74LS 74LS48N 2 7 U5、U6 數(shù)碼管 共陰數(shù)碼顯示管 2 8 U8、U10 74LS 74LS08N 6 9 U9 74LS 74LS04N 5 10 U11 74LS 74LS32N 1 11 U12 74LS 74LS00N 2 12 U13 74LS 74LS139N 1 13 LED LED發(fā)光二極管 綠、黃、紅 12(各4) 14 A1 脈沖發(fā)生器 555觸發(fā)器 1 10- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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