数字电路课程设计报告

数字电路课程设计报告学院：物理与信息学院专业:电子信息类年级：14姓名：刘文轩学号：1114001390同组者：郑勤学号：111400152指导老师：陈建课程设计：交通灯逻辑控制电路设计一、摘要：为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。我们小组根据这个原理设计了一个十字路口交通信号灯控制器。二、设计内容及要求。图3.1.1交通灯控制器系统框图设计一个十字路口交通信号灯控制器。基本要求如下：1．满足图3.1.2顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。它们的工作方式有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄红灯亮。2．应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图3.1.3所示。图3.1.3中，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和。系统控制电路手动、单步分频时标≥1东西方向EW南北方向NSGYRGYR南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮(5t)南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮(1t)南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮(5t)南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮(1t)图3.1.2交通灯顺序工作流程图图3.1.3交通灯时序工作流程图3．十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某数，然后以每秒减1计数方式方式工作，直至减到绿灯灭为止；当黄灯亮时，置显示器为某数，然后以每秒减1计数方式方式工作，直至减到黄灯灭为止；当红灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式方式工作，直至减到红灯灭为止。例如：假设每个单位时间为3秒，当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为14，并使数显计数器开始减“1”计数。当减到绿灯灭而黄灯亮时，数显的值应从00跳回到02，黄灯计数，当数显值从2跳到0时，此时黄灯灭。而南北方向的红灯亮；数显的值应从00跳回到17，红灯计数减“1”计数，当减到红灯灭时数显为00。同时，东西方向的绿灯亮，并置东西方向开始计数。三、方案比较，画出系统框图，确定使用的方案。123456789101112123456NSGNSYNSREWREWGEWYt5t6tt系统框图如图3.1.1，根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图3.1.1，设计方案可以从以下几部分进行考虑。1．秒脉冲和分频器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，所以，若选4秒(也可以3秒)为—单位时间，则计数器每计4秒输出—个脉冲，秒脉冲用555定时器构成的多谐振荡器实现，并通过触发器分频实现4秒（或其它规定时间）的单位时间。（考虑过后我们组选择以2秒为一单位时间）2．交通灯控制器由波形图可知，计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模74HCl64八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。3．显示控制部分显示控制部分，实际是—个定时控制电路。当绿灯亮时，使加法计数器开始工作(用对方的红灯信号控制)，每来—个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器绿灯灭而停止。译码显示可用七段泽码器，显示器用LED显示器，计数器采用74HC191。四、单元电路设计、参数计算和器件的选择（含器件功能表）并说明单元电路工作原理。我与队友在课设中进行分工，我主要负责完成单位时间模块和交通灯控制电路模块。1.单位时间模块(1)时标：用555定时器接成多谐振荡器，输出单位为1秒的脉冲；其中两个电阻都选用51K欧姆的电阻，电容选10UF和0.01UF。所以振荡周期T=（R1+2R2)Cln2=（5.1x10^4+2x5.1x10^4)x10x10^(-6)xln2=1.06s.555芯片的管脚图、引脚功能表如下：引脚名称功能1GND（地）接地，作为低电平。2TR（触发）当此引脚电压降至1/3Vcc(或由控制端决定的阈值电压）时输出端给出高电平3OUT（输出）输出高电平或低电平。4RST（复位）当此引脚接高电平时定时器工作，当此引脚接地时芯片复位，输出低电平。5CTRL（控制）控制芯片的阈值电压。（当此管脚接空时默认两阈值电压为1/3Vcc与2/3Vcc)6THR（阈值）当此引脚电压升至2/3Vcc(或由控制端决定的阈值电压）时输出端给出低电平。7DIS（放电）内接OC门，用于给电容放电。8V+,Vcc(供电)提供高电平并给芯片供电。该模块的原理图如图分频：用D触发器构成二进制计数器，输出周期为2秒的单位时间，此输出控制后面的交通灯控制电路。选用74LS74芯片，该部分原理图如图2．交通灯控制电路模块(1)首先利用74LS164构成扭环形电路，构成12进制计数器，输入脉冲为周期2s的单位时间，输出（QaQbQcQdQeQf）控制红黄绿灯的显示。真值表如图：（2）计数器输出作为红黄绿灯电路的输入，在相对应的输出信号端口串接电阻跟相应颜色的LED灯接地，实现交通灯的亮灭交替。通过列真值表得到南北方向和东西方向的红、黄、绿灯的控制信号（用SSI即可实现）。该模块的原理图如下图东西、南北方向交通灯的真值表由真值表可得出：EWG=QeQfEWY=QeQf’EWR=Qf’NSG=Qe’Qf’NSY=QeQf’NSR=Qf3.数字显示电路模块（1）、采用两片74HC191产生减法计数的信号，分别与CC4511跟数码管相连接，从而控制十位和个位上的数字倒计时显示。这里计数用的脉冲是1s周期脉冲。74HC191的芯片图及功能表如下：QaQbQcQdQeQfNSGNSYNSREWGEWYEWR000000100001100000100001110000100001111000100001111100100001111110010001111111001100011111001100001111001100000111001100000011001100000001001010五、画出完整的电路图六、安装调试内容：1、使用的主要仪器和仪表：面包板、剥线钳、导线、万用表、数字电路实验箱。2、调试电路的方法、技巧、问题的解决和注意事项：(1)思路：我们根据所设计好的原理图在面包板上布线、安装芯片以及连接好各其他电路中涉及到的电阻、电容、LED灯等电子元器件，注意集成电路器件的插接和布线方法。将我们制作好的作品带去实验室调试。先测试集成电路是否正常。我们将电路板分成两部分来进行调试，分别是前半部分关于南北方向和东西方向六盏交通灯的正常交替工作状态，和后半部分数字显示电路的正常工作状态。(2)注意事项：a.插接集成器件时，使器件的缺口端朝左方，先对准插孔的位置，然后用力将其插牢，防止集成器件管脚折断或弯曲。b.布线时，注意导线不要太长，最好贴近底板并在集成器件的周围走线，切记导线跨越集成器件的上空，杂乱的在空中搭成网状。数字电路的布线应整齐美观，这样既提高电路的可靠性，又便于检查排除故障或更换器件。c.导线的连接顺序：先接固定电平端，如电源正极—红线，地线—黑色导线，门电路的多余输入端及电平固定的某些输入端（如触发器的控制端JK端等），然后按照电路中信号的流向顺序对所划分的单元电路逐一步线、调试，最后将各单元连接起来。（3）出现的问题及解决方法：1.接好显示电路后接通电源发现十位处左上角有一块没有亮，并且个位不会倒计时只有十位在动：经仔细对照线路发现是个位4511芯片有两处电源和接地线忘了连接，接上后个位开始跳动。2.调整好4511再次接通电源后，发现数码显示器上的数字并没有按规律跳动：后经检查与询问同学后发现是我们弄错了数码管的管脚，在接上正确的管脚后问题得到解决。成果展示：七、总结设计电路的特点和方案的优缺点,提出进一步的改进意见和未来的发展。此电路结构简单明了，方案思路清晰可行，用于构成电路的材料简便且价廉，让我们易于实施自己设计的方案。缺点是作品不够稳定因而容易遇到一些无法预料的问题，碰到不必要的麻烦。我希望，这门课设的材料器材能得到更大的提升，让学生更好地接触课设。小结：在进行课设的过程中，我发现了自己在数电理论知识方面的不足，也找出了自己在动手实践方面的缺点，理论和实践还不能很好地结合。在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须将理论融汇到实践当中去。这次的课程设计中，团队合作解决了许多让我难以解决的问题，协作能力也是当今社会重要的能力之一，而这次设计也正好锻炼我们这一点。课程设计加深了我对电子线路理解，提升了数字电路相关的知识，提高了灵活运用所学知识的能力，增强了根据课程需要自主进行的自学能力。而且我还学习到了关于课程设计的基本方法、步骤和撰写设计论文的格式。八、列出所用的元器件74HC164（8位移位寄存器）274HC190(十进制加减法计数器)274HC74(双D触发器)174HC04（六反相器）174HC00（2输入端四与非门）174HC08（2输入四与门）174HC32（2输入四或门）1CC4511（显示译码器）2LED（共阴极）红黄绿若干555定时器若干电阻、电容九、列出参考文献1.书名:数字逻辑电路与系统设计作者：蒋立平出版社：电子工业出版社出版时间：2008年07月ISBN:97871210637942.《电子线路》