紅綠燈數字電路課程設計

1、<p>　　《數字邏輯電路設計》</p><p><b>　　課程設計總結報告</b></p><p><b>　　題目：紅綠燈控制器</b></p><p><b>　　指導老師：</b></p><p><b>　　設計人員:</b><

2、/p><p><b>　　學號:</b></p><p><b>　　班級：</b></p><p>　　日期：2013年5月</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　設計任務書</b></p

3、><p><b>　　設計框圖及整機概述</b></p><p>　　各單元電路的設計方案及原理說明</p><p><b>　　調試過程及結果分析</b></p><p>　　設計、安裝及調試中的體會</p><p>　　對本次課程設計的意見及建議</p><

4、;p>　　附錄（包括：整機邏輯電路圖及元器件清單）</p><p><b>　　一、設計任務書</b></p><p>　　一、題目： 紅綠燈控制器</p><p>　　二、設計要求設計一個紅綠燈</p><p>　　控制器設計應具有以下功能</p><p>　　（1）東西方向綠燈亮，南北

5、方向紅燈亮。.</p><p>　　（2）東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮。 </p><p>　?。?）東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮。</p><p>　　(4 ) 東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮。</p><p>　　要求有時間顯示（順數、逆數皆可），時間自定。（大于15秒以上）</p><p><b>

6、;　　可添加其他功能。</b></p><p><b>　　三、給定條件</b></p><p>　　只能采用實驗室提供的中小規(guī)模電路進行設計。(不一定是實驗用過的)</p><p><b>　　十字路口交通示意圖</b></p><p><b>　　設計框圖及整機概述<

7、/b></p><p><b>　　1、設計框圖</b></p><p><b>　　整機概述</b></p><p>　　上圖是整個交通燈電路的設計框圖。首先，脈沖發(fā)生電路是用來給計數芯片產生脈沖的，以便計數芯片可以正常的工作?？刂葡到y(tǒng)是整個電路的核心，它控制著紅綠燈的亮滅、數碼管的顯示以及控制計數時間，所以對于這

8、個部分的設計是非常重要的。計數系統(tǒng)我們可以用計數芯片160或者161來實現，采用置數或者置零的方法都可以讓實現某一個時間段的計數。譯碼系統(tǒng)是用來顯示時間的，它將計數系統(tǒng)所記的時間用數碼管顯示出來，以便我們可以更清楚的知道紅綠燈亮滅的時間。最后的紅綠燈部分用紅黃綠三種發(fā)光二極管將我們所設計的電路功能直觀的表現出來。</p><p>　　各單元電路的設計方案及原理說明</p><p>　　脈沖

9、發(fā)生電路：這上個學期的數電實驗中，我們用555定時器實現了產生脈沖的功能，所以我們這次可以用555定時器來實現脈沖發(fā)生電路。555定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規(guī)模集成器件 ，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路 ，但是因為本次課程設計實驗室直接提供了實驗所需的脈沖，所以這個部分我們并沒有設計，而是直接使用了實驗室提供的脈沖。</p><p>　　計

10、數系統(tǒng)：因為實驗要求我們只用顯示一個紅燈的時間就可以了，所以根據我的設計方案，是打算讓紅燈保持25秒的時間，也就是數碼管需要顯示的最大數字是25，因此可以用兩片160計數芯片來實現。該計數器能同步并行預置數據、異步清零，具有清零置數，計數和保持四種功能，且具有進位信號輸出端、可串接計數使用。我采用的是計數清零的方法來實現從0到25的計數，兩塊芯片都是接在同一個秒沖上的，所以是同步置零的方法。首先先接上一片160，它的計數用來當做個位，當

11、第一片160從0記到9時在它的進位輸出端會輸出一個進位脈沖，我把這個進位脈沖直接接到了第二片160的使能端，這樣就實現了十位的計數，當兩片芯片總共計數到25時，這時我們譯出一個清零信號，用來清零，即每當兩塊芯片從0記到25的時候，都會置零，然后再重新開始計數，這樣就實現了技術部分。該部分仿真電路如下：</p><p>　　譯碼系統(tǒng)：這個部分是用來顯示計數的，也就是我們在計數系統(tǒng)中設計了從0到25的計數，則數碼管也

12、會從0開始顯示到25。這里我們需要用到BCD-七段譯碼器74LS48，74LS48芯片是一種常用的七段數碼管譯碼器驅動器，常用在各種數字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中 。根據48芯片的功能表，我們按照數碼管的管腳跟譯碼器的管腳一一對應的焊接上，這里得注意需要給數碼管接上一定阻值的限流電阻，不然有可能會把數碼管燒壞。該部分仿真電路如下：</p><p>　　控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是整個紅綠燈電路的核心部分，它的設計也直接

13、決定著本次課程設計的成功與否。</p><p>　　首先根據課程設計要求，將控制器輸出的4種工作狀態(tài)，翻譯成車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表所示（表中0代表滅，1代表亮）。</p><p>　　從上表中我們可以看出，紅綠燈狀態(tài)的轉換需要四個狀態(tài)來實現，這個部分我用了一片161計數器芯片來實現，74LS161是四位二進制同步計數器芯片，它可以從0開始

14、計數，一直記到15，在這里我只需要到它的低兩位，因為161的低兩位恰好是每計數四次就開始循環(huán)，與我們所需要的用來控制紅綠燈的四個狀態(tài)相同，因此選用161芯片來實現，就可以不需要用觸發(fā)器去設計一個四位的控制系統(tǒng)。</p><p>　　接下來將列出的真值表進行化簡，得到了各個燈的邏輯函數，即：</p><p>　　紅燈1 = Q1 ，黃燈1 = Q1 Q2 ，綠燈1 = Q1 Q2<

15、/p><p>　　紅燈2 = Q1 ， 黃燈2= Q1 Q2 ，綠燈2 = Q1 Q2</p><p>　　接著用一片74LS04與74LS08來實現各個燈的功能，將74LS161的低兩位分別接到這兩個芯片的對應管腳，這樣就把控制系統(tǒng)給實現了。該部分仿真電路如下：</p><p>　　最后將各個分開的部分整合成一個電路，把各個系統(tǒng)聯系起來，使得整個電路連接在一起，實現

16、交通燈的功能。</p><p><b>　　調試過程及結果分析</b></p><p>　　（1）進行計數系統(tǒng)電路的焊接與調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行增計時，當增計時到25時，能輸電有效的定時時間到信號； </p><p>　　（2）進行交通燈控制器以及顯示部分的焊接與調試。 </p>&

17、lt;p>　?。?）最后進行交通燈（即發(fā)光二極管）的焊接與調試；</p><p>　?。?）判斷各部分電路之間的時序配合關系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。若是出現了錯誤，則一個部分一個部分的檢查電路，找出問題，解決問題。 </p><p><b>　　最終調試如下： </b></p><p>　　接上電

18、源,便可以進行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認把通車時間設為25秒，當東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮；.當東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮； 當東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮；</p><p>　　當東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮。時間顯示器從預置的0秒，以每秒增1，增到19到20時，東西方向的綠燈轉換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0后時東西方向的黃燈轉換為紅燈；南北方向的紅燈轉換為綠燈；如此循環(huán)下去。<

19、/p><p>　　設計、安裝及調試中的體會</p><p>　　在看到本次課程設計的幾個題目之后，我選擇了交通燈這道題，因為在我看來這個題目會比較簡單，僅僅是實現幾個燈的循環(huán)點亮而已，當我仔細的把整個設計任務看了之后，才發(fā)現并沒有自己想的那么簡單。最開始設計的時候，自己沒有進行認真的分析，沒有把整體的思路給想出來，因此在設計電路階段就走了很多的彎路，前期基本都把時間花在怎么設計電路上了，以致到

20、了后來只能匆匆忙忙地焊板，導致在焊接的時候一些線都沒有焊接上以及焊錯了幾根線，同時整個板的布局也不是很好，給人一種有點凌亂的感覺。在把板子焊接好后，測試的時候也出現了很多問題，首先數碼管不能正常的顯示，計數的時間不對，其次紅綠燈的亮滅也與設計的有所不同，經過仔細的檢查之后，找到了出問題的地方，再把這些地方改正好，這時候板子就可以正常的工作了。這其中的很多問題都是由于不仔細造成的，所以這提醒了我們以后再焊板子的時候得注意細節(jié)問題，不要忽視

21、小問題，也許就是一個虛焊就會使得整個電路不工作。所以在做一件事情的時候還是要先把使用工具研究透徹，才能更好的服務于研究。所幸在最終還是比較滿意的完成了這次課程設計，自己也對這門課程也有了更多的實踐經驗，紙上談兵終究是不夠的，多實</p><p>　　本次課程設計利用的基本上都是上個學期學習的數字電子技術基礎的知識，這些知識到了現在也都快忘記地差不多了，在經過了這次的課程設計之后，在復習了過去的知識的同時也使得我對

22、原來所學的知識又有了新的理解，所以這相當于復習了一遍上個學期的知識，加深了自己的理解，同時也是一次很好的把理論知識轉化為實踐的機會。這次課程設計不僅加強了我動手、思考和解決問題的能力，還提高了綜合運用所學知識的能力，增強了根據課程需要選學參考資料，查閱手冊、圖表和文獻資料的自學能力 。</p><p>　　最后，我認識到做任何事都應該態(tài)度要端正，作風要嚴謹。對數字電路來說，邏輯性非常強，每一個環(huán)節(jié)都要弄得清清楚楚

23、，有一點漏洞，結果都不可能出來。</p><p>　　六、對本次課程設計的意見及建議</p><p>　　個人覺得本次課程設計時間有那么一點短，主要是因為本學期的實驗比較多，時間也剛好與學校的電子設計競賽重合了，所以時間有點緊，不過很多同學也都在三周時間內完成了，建議老師可以提前把實驗設計要求之類的提前一段時間告訴我們，讓我們可以有更充足的時間準備。</p><p>

24、;　　題目的老套也是一個問題，這次老師給的題目有四個，不過這些都是以前的學長、學姐做過的題目，這就導致有的同學可以直接找學長、學姐要電路圖及實驗報告，這也就達不到課程設計所想要達到的目的了，所以我建議老師可以出一些新的題目，盡量出一些之前的同學沒有做過的題目，這樣也有利于培養(yǎng)同學的創(chuàng)新能力。</p><p>　　還有就是芯片的問題，盡管實驗室提供了很多的芯片給我們用，可是到了課程設計的后期階段，留在實驗室的只剩下

25、了一些不怎么需要用的芯片，這就導致有的同學盡管很快就把板焊好，可是由于沒有芯片就不能測試，所以也就就不知道自己在什么地方出錯了，所以建議老師加強一下芯片的管理制度，芯片最好還是少讓同學帶走的好。</p><p>　　最后，我覺得我們的數字電路的課程設計也可以按照分組來做，最好是兩個人或者是三個人一組，就像電子競賽一樣。同時也得加大課程設計的難度，使得各個組的成員都可以得到鍛煉，避免出現小組里有人偷懶的情況，這也可

26、以更好的鍛煉我們的團結合作能力。</p><p>　　七、附錄（包括：整機邏輯電路圖及元器件清單）</p><p><b>　　整機邏輯圖：</b></p><p>　　元器件清單：電源、輸入脈沖、74LS160計數芯片兩片、74LS48譯碼器芯片一片、74LS10三輸入與非門芯片一片、74LS86兩輸入四異或門一片、74LS04六反相器一片、