数字电路课程设计模板

洛阳理工学院课程设计报告课程名称___________________________________设计题目___________________________________专业___________________________________班级___________________________________学号___________________________________姓名___________________________________完成日期___________________________________脉冲与数字电路交通信号灯控制器通信工程B110509B12013年6月21日课程设计任务书设计题目：________________________________________________________________________________________________________设计内容与要求：〖基本要求〗:用数字电路实现下面功能要求：1）增加自动夜间开关功能，黄灯亮2）增加手动功能，方便盲人通过。〖提高要求〗1)要求显示剩余时间指导教师：赵国增、任波2013年6月10日南北向红灯亮，东西向黄灯亮6秒南北向红灯亮，东西向绿灯亮30秒南北向黄灯亮秒，东西向红灯亮6秒南北向绿灯亮，东西向红灯亮30秒图2交通信号灯控制器课程设计评语成绩：指导教师：_______________年月日目录前言……………………………………………………………………………1一．原理及框图…………………………………………………………………2二．电路设计…………………………………………………………………32.1状态控制器设计…………………………………………………………32.2交通灯状态显示及置数控制电路………………………………………62.3交通灯定时电路及总电路图……………………………………………92.4仿真………………………………………………………………………10三.安装与调试步骤……………………………………………………………12四.电路故障分析及电路改进…………………………………………………12五．验器件清单…………………………………………………………………13六．总结与设计心得……………………………………………………………14参考文献…………………………………………………………………………15前言随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！随着我国城市化建设的发展，越来越多新兴城市的出现，使得城市交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭,许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，再加上政府大力发展的道交、出租车，使得车辆越来越多，这不仅要求道路要越来越宽阔，而且要求有新的交通管理模式和交通规则的出台。因此，自80年代后期，很多城市纷纷扩建城市道路，在道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，加宽道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制约。于是，旧的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾，使原来不太突出的交通问题被提上了日程。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，为此有关部门愈来愈多的注重在交通管理中引进自动化、智能化技术,比如“电子警察”、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。随着经济的发展和社会的进步，道路交通已愈来愈成为社会活动的重要组成部分。对交通的管控能力，也就从一个侧面体现了这个国家对整个社会的管理控制能力，因此各国都很重视用各种高科技手段来强化对交通的管控能力。一.设计原理及框图本次设计的交通灯控制器原理框图如图1.1所示：图中看出此次设计主要3个大部分组成：1.脉冲产生电路。设置好参数R1,R2和C就可以产生交通灯控制器所需要的1秒的脉冲。2.系统控制电路。选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。3.显示部分电路。显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制）二.单元电路设计1、状态控制器设计根据设计要求，用555定时器设计信号源。频率为1HZ。如图：T1=(R1+2R2)*ln2*C（其中R1=10K,R2=4.7K,C=1000µf,结果T1大概为1秒）根据设计要求，各信号灯工作顺序流程如图2，信号灯四种不同状态分别用S0（主干道绿灯亮，支干道红灯亮），S1(主干道黄灯亮，支干道还是红灯)，S2（主干道红灯亮，支干道绿灯亮），S3（主干道还红灯亮，支干道黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如图3所示。图3根据上述流程图和状态转换图，我们可以用一个两位十进制计数器实现，用2个3线8线译码器74190译码器与显示电路相连。电路图如下。南北向红灯亮，东西向黄灯亮6秒南北向红灯亮，东西向绿灯亮30秒南北向黄灯亮秒，东西向红灯亮6秒南北向绿灯亮，东西向红灯亮30秒图2S1=01S0=00S3=11S2=10其中74190的CLK接受来自减法计数器的借位输出，74190的Y0、Y1、Y2、Y3去置数和控制信号灯的状态。当减法计数器高位同时出现借位时就会给clk一个脉冲，经过74138译码后控制交通灯的状态变化以及置数的变化，从而控制整个系统，其中74190的QA,QB端经过一个与非门接其置数端，当QA，QB同时为1时，计数器置数回到0，从而控制电路的状态循环，同时QA，QB的变化经过译码器74190后控制整个电路及交通灯的循环。2.交通灯状态显示及置数控制电路1.分频器图1.5分频信号产生电路因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:1:6,总时间假设为36秒所以选择4秒为单位时间,通过图1.3可以知道秒脉冲通过它之后产生了4倍分频。（T=4T1=4秒）2.计数器(74ls164)图1.6引脚图图1.7真值表用74LS164八位移位寄存器引脚A,B与引脚Qe,Qf相连接组成扭环形12进制计数器来与各种门电路相连后来控制发光二极管亮的顺序。74ls164的管脚10(既是引脚Q4),11(既是引脚Q5)和管脚9(既是引脚CR)与74ls11相连后在与东西方向的绿的发光二极管相连控制绿灯；74ls164的管脚10通过非门74ls04与管脚11都接到74ls08上在与74ls164的管脚9都接到74ls32异或门上在与东西方向上的黄的发光二极管上相连来控制黄灯；74ls164的管脚11通过74ls04非门与管脚9都连接到74ls08与门上与东西方向的红的发光二极管相连来控制红灯。74ls164的管脚10,11都与74ls04非门相连接后与管脚9都连接到74ls11上在与南北方向的绿的发光二极管相连来控制绿灯；74ls164的管脚11通过74ls04非门与管脚10都连接到74ls08与门然后和管脚9通过非门都连接到74ls32异或门上之后与南北方向的黄的发光二极管相连来控制黄灯；74ls164的管脚11与管脚9连接到与门上后与南北方向的红的发光二极管相连后控制红灯。也就是说通过各种门电路与74ls164按设计要求的各种连接可以控制发光二极管的发光的顺序。374LS16174LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：74ls161引脚图管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0~P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0~Q3以及进位输出TC.(TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)输入输出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00ФФФФФФФФ00001↑0ФФdcbadcba1↑10ФФФФФQ3Q2Q1Q01↑1Ф0ФФФФQ3Q2Q1Q01↑111ФФФФ状态码加174LS161功能表从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。3交通灯定时电路及总电路图4.仿真图南北向绿灯，东西向红灯30秒，南北向黄灯，东西向红灯6秒南北向红灯，东西向绿灯30秒南北向红灯，东西向黄灯6秒三．安装与调试步骤1、首先要确定仿真图的结果是否符合课程设计要求，仿真图要尽可能的清晰，特别是线多的地方注意不要重叠，所以要仔细看清每条线的走向。并确定仿真图中的元器件是否在学校实验中心可以找到。若不能则要重新修改电路图。要2、按照仿真图，到实验中心领取所需的元器件，注意，领器件时记得多领一两个备用，3、测验设备，领到器件和实验箱后，首先检查实验箱的各个部件是否完好，特别是显示管，因为显示管特别容易烧坏，再测验一下芯片插槽是否连结完好，第三，测线，用万能表或者显示灯测验每一根导线连接是否良好，第四，测验芯片，按照各芯片的功能测试芯片是否能正常工作，不能工作的要及时向老师调换。4、排版、接线，首先，根据仿真图上各器件的位置，排好所要用的芯片，注意尽可能的排得合理，稀松，因为我们所用的芯片插板先对比较小的，且电路比较复杂。第二，接线时应该一个一个模块接，接好后依次检查，切忌接完所有电路时在检查，那样一旦接错检查就非常困难。5、调试，当接完所有的线后，打开电源，调试、验证电路是否符合要求。6、验收，当电路完全符合要求且正确时，可让指导老师验收并考虑做拓展功能。四、电路故障分析及电路改进故障：在连接好电路图后发现，所置的数并不是所要的数，计数器倒计时到0后，便不动了，分析：可能是减法计数器的置数连接错误，且与借位端相连的控制状态电路端接触不好。仿真软件与实际存在差异，如实际中当某个芯片的管脚悬空时，系统默认为高电平1。在我们所用的仿真软件EWB512中却默认为0。这就直接影响置数的结果。以及高有效的控制端。五．实验器件清单同步十进制加减法计数器74190（4个）74161741645V直流稳压电源与门与非门或非门非门555定时器（1个）指示灯电容电阻导线若干六、总结与设计调试心得我对课程设计还是比较感兴趣的，当我真正了解课程设计要求后，心里彻底没底了。我数字电子技术本来就没学好，现在就要设计，真心不会，在网上找了关于课程设计的论文，花了几天天时间，才把设计原理和元件及逻辑关系搞懂一点点，我摸清了交通灯控制系统的大概思路后，我开始自己做，真是看别人做容易，自己做却步履维艰啊，一连两天，我都没完全设计好我的电路图，总是感觉置数有问题，后来，我询问了好些同学才知道，在做仿真时有些芯片的功能与实际是不一样的。经过多方求教，我总算做好了我的仿真图。经过这周的课程设计，我感觉非常的累，因为我这周