电子设计制作大赛报告

电子设计制作大赛报告设计课题：交通灯设计专业班级：通信0913班学生姓名：李文峰谢巍巍张河昌设计时间：2011.5.20~2011.6.5电子设计制作竞赛报告设计课题：交通灯设计专业班级：通信0913班学生姓名：李文峰谢巍巍张河昌设计时间：2011.5.20~2011.6.5一、设计任务及实现要求：1、使用LED灯模拟交通灯的工作过程，红、黄、绿三种颜色的LED灯分别模拟交通灯的红灯、黄灯、绿灯。2、实现如下要求的从状态一到状态四的循环，并通过数码管来显示倒计时的时间。状态一：黄、绿灯熄灭，红灯亮5s，然后进入状态二；状态二：红、绿灯熄灭，黄灯闪烁5s，然后进入状态三；状态三：红、黄灯熄灭，绿灯亮5s，然后进入状态四；状态四：红、绿灯熄灭，黄灯闪烁5s，然后回到状态一。3、每个状态数码管都要显示倒计时的时间。4、扩展：不同延时时间二、设计原理（设计原理图，原理分析）：1、总原理图2、PCB图：3、原理分析：采用74194的左移位功能，共输出4种状态，分别是0001；0010；0100；1000；其中的0010与1000两状态实现黄灯亮，0001实现红灯亮，0100实现绿灯亮；通过门电路反馈实现74194移位的功能。555芯片的作用是提供一个时钟给74192，利用74192的功能实现减计数，与数码管相连，预置初始值为5，实现倒计时5秒的功能。再利用借位端的跳变给74194一个时钟，即5秒实现一跳变，以达到要求亮灯的时长。对于黄灯的闪烁，只要加门电路，实现每隔1s闪烁一次。同时外加一个门电路和开关控制74192，实现拓展时间的要求。三、各部分电路的功能：1、555定时电路：555电路工作原理：如图接线，R1用0.1k的电阻，R2用7.5k的电阻，C用100uf的电容，3脚为输出端。产生的振荡周期T=0.7（R1+2R2）C。即T≈0.7*（0.1K+2*7.5K）*100u≈1.1s。将振荡周期从三端输出，作为时钟。2、74192芯片功能：74192工作原理:利用减计数，4脚（DN）接时钟，上跳变有效，D3~D0设置初值0101，实现5预置初值5的功能，5脚（UP）接高电平，11脚（PL）为预置端，当从0跳回9时，反馈一信号，使之在11端变低电平，实现预置功能，即还未出现9时就变成5，从而实现5秒倒计时的功能。在拓展时间部分，不对红绿灯的5秒进行预置，只对黄灯的5秒进行预置，从而实现红绿灯亮9秒，黄灯闪烁5秒的功能；输出端Q3~Q0即与数码管相连，13脚为借位端，产生的信号供给74194的时钟跳变，实现74194每5秒移位一次的功能。3、74194芯片功能：74194工作原理：利用74194的移位功能，MR接高电平，S1接低电平，S0接高电平，CLK接74192借位端产生的跳变，即5秒一周期的时钟，实现了左移的功能，输出的信号为0001,0010，0100,1000。则画卡诺图:000111100010X1010XXX11XXXX100XXX易得：输出output=(notQ2)&(notQ1)&(notQ0)=not(Q2+Q1+Q0)即用一个或非门，让输出的Q2Q1Q0反馈回SR,作为左移位下一次的Q0.从而实现预期的功能。4、其他部分的功能：74194的15脚接红灯，13脚接绿灯，12和14脚同时控制黄灯，故用一或门，为了节省芯片，故用一或非门，再加以非门控制到黄灯，同时，为了让黄灯闪烁，让输出一端与555的输出端口3脚共同接一与门，只有同时为高电平的时候，黄灯才亮，而时钟的周期约1s，所以当74194的12或14脚为高电平的时候，黄灯闪烁频率约为1Hz。7427的345脚输入，6脚输出的目的是为了清起始状态的0，因为开始74194的状态是0000，为了达到同步，故加一或非门控制74192的清零端。而74192的Q3（7脚）接一非门，控制着预置端口，为了实现扩展时间的要求，用Q3与上黄灯的信号，然后再加非门，控制预置端，即红灯和绿灯亮的时长为9s，而当黄灯亮的时候，给予预置，依旧是闪烁5s。故在预置端前加以单刀双掷开关，即可由开关控制时间长短。Q3Q2Q1Q0四、设计与制作步骤：1、对《交通灯设计》的要求进行讨论分析，决定用74194的移位功能来实现交通灯的要求。同时使用74192的减计数实现计数功能。用NE555产生的振荡作为芯片需要的时钟。用门电路实现灯闪亮的要求。2、对原理进行充分的认识后，进行完善，尽量用较少的芯片来实现功能，在用门电路时，若能替代，尽量用已有的门电路以减少芯片。3、使用proteus软件进行电路连接仿真，查看效果。并在实验室中用面包板进行插板检测、修正，并完善。4、学习和熟悉制版软件protelDXP，对protelDXP软件进行安装，通过视频教程和请教学长，学习protelDXP的基本制作PCB板的过程和有关操作。5、在学习protelDXP后，开始在软件上进行元器件的查找，最新元件库的下载和添加导入，同时封装元器件，导入PCB板制作，合理有效的布置元器件的位置，使原理图简单精致，然后进行合理布线，布线要求不相交，尽量做到较少的跳线，最后进行元器件名称和有关参数的设定，包括焊盘的大小孔径。保存原理图。6、用翻印纸打印原理图，并印制电路板，将以印制的电路板放置于FeCl3制成的腐蚀槽内腐蚀15分钟左右，用水洗净、擦干，再用打孔机打孔，用砂纸去除表面的碳，涂上助焊剂，并用万用表进行检查板的导线是否出现断路，若断路，检测在哪一小段，焊接时用锡补。7、按原理图，将元器件插入孔中并焊接，焊接顺序：跳线，电阻，开关，电容，芯片插槽，LED灯。8、性能测试与分析。对照原理，有关最后的测试的参数和现象进行综合测试，观察现象，理论实际对比，发现相关问题，进行再次修改，多次测试比较修改，实现最终制作的目的。五、性能测试与分析：↑→→→→产生时钟→↑传递给74192借位端产生反馈给74194→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→↓输出端↓←←←←←←←←←分析：NE555振荡电路输出端作为74192芯片所需的时钟，74192实现了倒计时功能，在数码管上显示的是从5到0的倒计时计数，74192产生的借位端提供给74194芯片所需的时钟，使74194产生的输出控制灯亮的时长与数码管显示的同步。同时，在提供电压的时候，由于芯片内部的工作电压原因，提供的电压约为4.5V；过大过小都会造成一定的影响。六、结论与心得：在这次的电子设计大赛中，我们基本实现了设计制作的要求。同时我们也受益匪浅：1、每一题都可以用许多种方案。我们应该要全方位思考。尝试用不同的方案来设计电路。比如用JK触发器实现状态的转移；用两74192芯片级联的方法来控制灯等方案。最终我们选择了用移位的方法来完成电路。2、插接面包板的时候最好要一部分一部分测试，只有一部分成功了再连下一部分，然后将这两部分连在一起检测，直至最后一部分完成，否则一下子插完电路，若出现意外情况，则不好检查电路。3、在做完PCB板之后，要先测线是否导通，即使微小的裂缝也是造成断路的原因。4、在用大小不同的电压源测试发现，芯片有一定范围的工作电压，过小会造成芯片不能实现预期的功能，或者是不工作，过大又可能造成烧芯，逻辑功能紊乱。5、失败是成功之母。在第一次的尝试中，我们失败了，几乎花了三分之二的时间来检测电路，发现问题并分析问题，经过不断的调试，修改。最后终于有了一定的收获。这次的设计我们学到了很多，理论联系实际，让我们更扎实的掌握了专业知识。同时，让我们更加明白团队意识的重要性，失败了不气馁，互相鼓励，互相支持。遇到不懂的情况下，能及时查阅书籍，询问同学及学长，不断的交流中，让我们学会到了更多，注意到了更多的细节。当然我们还认识到自身还是有许多不足之处，知识的匮乏，技能的生疏，造成了许多的不顺。在今后的学习生活中，我们一定要打好扎实的基础，努力加强自己的动手能力，争取取得更好的成绩。七、参考文献：徐惠民、安德宁数字逻辑设计与VHDL描述机械工业出版社2010.2第二版。NE555振荡电路74192减计数功能（倒计时功能）数码管计数功能74194移位功能控制灯的输出情况八、附件：元器件清单表序号元件型号主要参数数量备注174LS1941个实现移位274LS1921个实现计数3NE5551个共阴数码管474LS271个三输入或非门574LS041个非门674LS081个与门774LS481个接共阴数码管8C11031个瓷片电容9C2100uf1个电解电容10R17.5k1个电阻11R20.1k1个电阻12LED3个红黄蓝三色灯各一个13单刀双掷1个