14电子技术课程设计

西北工业大学课程设计报告题目:交通控制器学院:自动化学院班级:09051002学生（学号）:张磊（20103023*）学生（学号）:张强（20103023*）日期:2013年1月摘要首先将实际问题转化为电路模型，由题意可知在该系统中全部只由两个开关J1、J2控制，由J1、J2闭合形成脉冲触动定时器。结合设计要求计算出相关电路参数，选择555定时器组成单稳态触发器电路，形成15秒连续的高电平，从而带动电铃。主控制电路主要由74LS161组成，控制红绿交通灯。15秒倒计时电路用74LS192同步十进制加减计数器实现，通过74LS47译码器转换后，用LED数码管显示出来。关键词：单稳态触发器、15秒倒计时电路、主控制电路。目录摘要..................................................2一.设计任务..............................................4二．要求.................................................5三、方案设计与论证.......................................5四、单元电路设计与参数计算...............................6五、电路的安装与调试....................................13六、遇到问题的解决方法..................................20七、结论与心得..........................................20八、参考文献............................................21题目交通控制器一．课程设计目的：1）巩固和加深所学电子技术课程的基本知识，提高综合运用所学知识的能力；2)培养学生根据课题需要选用参考书、查阅手册、图表和文献资料的能力，提高学生独立解决工程实际问题的能力；3)通过设计方案的分析比较、设计计算、元件选绎及电路安装调试等环节．初步掌握简单实用电路的工程设计方法；4)提高学生的动手能力．掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会对简单实用电路的实验调试和对整机指标的测试方法；5)了解与课题有关的电路以及元器件的工程技术规范，能按课程设计任务书二、设计任务与要求：1）设计任务：一个铁路和公路平交道口的交通控制器。该交叉路口的平面位置示意图如图1所示。A、B是两个栏杆，P1、P2处设置两个压敏传感器，用于检测是否有火车通过路口。（P1和P2这两点距离较远，因此一列火车不会同时压在两个压敏元件上）。当有火车通过交叉路口时，栏杆放下，禁止车辆和行人通行，当火车通过交叉路口后，栏杆抬起，路口放行。图铁路和公路平交道口的平面位置示意图2）要求：1、当火车由东向西或由西向东通过P1P2段，且当火车的任何部分位于P1P2之间时，栏杆A、B应同时放下，否则A、B同时抬起。2、路口设置红、绿两色交通灯指示灯。在栏杆A、B放下时，路口的红色交通灯亮，绿色交通灯灭；当栏杆A、B抬起时，路口的绿色交通灯亮，红色交通灯灭。3、在栏杆A、B刚抬起或刚放下时，鸣响警铃，要求铃声持续15秒;同时用数码显示器显示倒计时时间三、方案设计与论证由题意可知在该系统中全部只由两个开关J1、J2控制，由J1、J2闭合形成脉冲触动定时器555组成的但稳态触发器，形成15秒连续的高电平，从而带动电铃（在下图中为了在Multisim中观察方便把电铃用灯泡代替）；主控制电路主要由74LS161组成，控制交通灯；15秒倒计时电路用显像管显示出来。图电路控制总体框图四、单元电路设计与参数计算1)74LS08四2输入与门74LS08为四组2输入端与门（正逻辑），共有54/7408、54/74S08、54/74LS08三种线路结构型式，其主要电特性的典型值如下：表（6）引出端符号:1A－4A输入端1B－4B输入端1Y－4Y输出端表（7）74LS08功能表2)74LS161二进制异步清零同步置数计数器（异步清除）161的清除端是异步的。当清除端/MR为低电平时，不管时钟端CP状态如何，即可完成清除功能。161的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0－Q3与数据输入端P0－P3一致。对于54/74161，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS161无此种限制。161的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0－Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74161，只有当CP为高电平时，CEP、CET才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS161的CEP、CET跳变与CP无关。161有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。对于54/74LS161，在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。引出端符号：TC进位输出端CEP计数控制端Q0－Q3输出端CET计数控制端CP时钟输入端（上升沿有效）/MR异步清除输入端（低电平有效）/PE同步并行置入控制端（低电平有效）逻辑功能表：表74LS161D逻辑功能表3)74LS04（单输入非门）当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。因此输出与输入的电平之间是反向关系，它实际上就是一个非门，也称反向器。74LS04为六反相器，输入是A，输出是Y，6个相互独立倒相。供电电压5V，电压范围在4.75~5.25V内可以正常工作。门数6，每门输入输出均为TTL电平（0.8V低电平2v高电平）,低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流8mA。其逻辑符号、逻辑功能表、内部结构、管脚图分别如下：图（6）中：A是输入端，Y是输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极。功能表：图74LS04的内部结构4)555定时器双极型定时器CB555电路结构图。它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。图(3)555定时器管脚图图(4)555定时器内部原理图在图（3）中，TH、TR分别为电路的两个输入端，DISC为电路内三极管TD的放电端，VCO为电压控制端,OUT为输出端。表(2)555定时器逻辑功能表由内部结构图图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2比较电压分别为2/3VCC和1/3VC当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平基本RS触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。当vI12/3VCC，vI21/3VCC时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。5)74LS192为十进制同步加/减计数器192为可预置的十进制同步加/减计数器。192的清零端是异步的，当清零端为高电平时，不管时钟端状态如何，即可完成清零功能，192的预置是异步的。当置入控制端为低电平时，不管时钟的状态如何，输出端即可预置成与数据输入端相一致的状态。192的计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在4个触发器上而实现。在CPD、CPU上升沿作用下输出同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加或减计数时可分别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。当计数上溢出时，进位输出端输出一个低电平，其宽度为CPU低电平部分的低电平脉冲;当计数下溢出时，错位输出端输出一个低电平脉冲，其宽度为CPD低电平部分的低电平脉冲。其管脚图如下：图874LS192管脚图及内部原理图错位输出端（低电平有效）进位输出端（低电平有效）CPD减计数时钟输入端（上升沿有效）CPU加计数时钟输入端（上升沿有效）MR异步清除端P0～P3并行数据输入端异步并行置入控制端（低电平有效）表（3）74LS192功能表6)数码显示管：所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起。其原理图如下。其中引脚图的两个COM端连在一起，是公共端，共阴数码管要将其接地，共阳数码管将其接正5伏电源。一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们的段选线（即a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自的公共端称为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。数码管的8段，对应一个字节的8位，a对应最低位，dp对应最高位。所以如果想让数码管显示数字0，那么共阴数码管的字符编码为00111111，即0x3f；共阳数码管的字符编码为11000000，即0xc0。可以看出两个编码的各位正好相反。如下图。7)74LS4774LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，(1)LT(——)：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT(——)=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。(2)BI(—)：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。BI(—)=0时。不论LT(——)和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。(3)RBI(——-)：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI(——-)=0作用下，使译码器输出全1。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。(4)RBO(———)：灭零输出，它和灭灯输入BI(—)共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。五、电路的安装与调试1)交通控制器电路设计信号灯控制电路主体采用74LS160芯片，没有火车通过时，J1、J3全接高电平，当有火车经过任意一个时，从U3（与门）输出一个低电平，相当于给74LS161一个下降沿信号，74LS161计一次数，U1的QA端从0变到1，红灯亮，同时给U1的置数端一个低电平，当火车经过第二个开关时，U3再次给U1一个下降沿脉冲，U1置零，并且绿灯亮。在Multisim11中；连好交通控制器电路如图14所示。在连接好电路后闭合电路开关进行仿真，在菜单中执行开始命令就然后进行仿真观察。当火车由西向东行驶，通过开关J1、J3来模拟；相反火车从东向西开过，则反相开关J3、J1来进行，仿真结果见总体设计电路图。经试验得到：当火车从西向东行驶时，在未到J1时绿指示灯亮，红指示灯灭，到J1时绿灯灭，红灯亮，当离开后（过了J2后）红指示灯灭，绿指示灯亮；当火车由东向西行驶时红绿灯变化情况和火车由西向东行驶时完全一致。2)定时器555组成的单稳态触发器：图（11）定时器555组成的单稳态触发器电路触发前:触发端V1为高电平，比较器1输出高电平；比较器2也输出高电平，输出端输出V0低电平，放电管导通，Vc1为0。触发时：幅度低于1/3Vcc的窄脉冲触发信号加在触发端，比较器2输出低电平，锁存器置1，关闭放电管，输出端V0输出高电平。电源通过电阻向电容C1充电，Vc1电压指数增加，暂稳态开始。经过15秒的延迟，触发信号消失，触发端为高电平。比较器2输出高