電子線路與設(shè)計課程設(shè)計說明書 題 目 交通燈控制器 專業(yè)班級 電信2班 姓 名 學(xué) 號 目錄一、課程設(shè)計目的和要求1二、設(shè)計方案和基本原理12.1課程設(shè)計方案22.2課程設(shè)計原理3三、電路設(shè)計 43.1單元電路設(shè)計43.2輸出指示燈狀態(tài)設(shè)計5 3.3顯示電路的改進53.4主電路設(shè)計6 3.5整體電路圖及工作原理73.6元件清單9四、電路調(diào)試 10五、設(shè)計小結(jié)105.1心得體會10 5.2作品展示12六、參考文獻 13一、課程設(shè)計目的和要求要求實現(xiàn)邏輯功能，在1-3狀態(tài)循環(huán)。1、東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間20s。2、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間20s。3、紅綠燈變換3秒前，黃燈處于閃爍狀態(tài)，紅綠燈變換后黃燈熄滅。4、采用兩位數(shù)碼管顯示時間倒計時，倒計時結(jié)束紅綠燈自動變換。二、設(shè)計方案和基本原理2.1課程設(shè)計方案方案一、S1-S3使用2個SR鎖存器，設(shè)置00，01，10三個狀態(tài)，這三種狀態(tài)恰恰對應(yīng)電路中S1、S2、S3三種狀態(tài)。、采用74LS74與外圍元件構(gòu)成脈沖發(fā)生器，用于產(chǎn)生脈沖信號。、使用4個JK觸發(fā)器，實現(xiàn)4位計數(shù)，作為倒計時顯示電路用。、采用2個CD4511和2個七段數(shù)碼管作為倒計時顯示電路。方案二、由D觸發(fā)器74LS74與外圍元件構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，用于S1、S2狀態(tài)切換（S1、S2正好是相反的狀態(tài)）。D觸發(fā)器是邊沿觸發(fā)器，能夠?qū)崿F(xiàn)5、6管腳同時轉(zhuǎn)換，即東西路和南北路的同時變換。、黃燈閃爍電路可以采用NE555振蕩電路實現(xiàn)，接收到控制端的信號，NE555的第4管腳得電開始工作，第三腳可輸出脈沖信號，并且調(diào)整C6或R23可以改變閃爍頻率。采用74LS192作為倒計時控制器件，其輸出端可直接作為信號燈變化信號。方案對比方案項目實現(xiàn)方法優(yōu)點缺點一S1-S32個鎖存器簡單電平觸發(fā)，與時鐘信號不匹配、無法實現(xiàn)閃爍功能脈沖發(fā)生器觸發(fā)器信號穩(wěn)定價格較高、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜計數(shù)電路4個JK觸發(fā)器復(fù)雜二S1-S31個D觸發(fā)器和一個簡易脈沖信號發(fā)生器邊沿觸發(fā)，與時鐘信號匹配，控制精度高脈沖發(fā)生器NE555簡易信號發(fā)生器成本低容易實現(xiàn)頻率微調(diào)脈沖信號精度稍差些計數(shù)電路2個74192計數(shù)器容易處理，可顯示數(shù)值綜合考慮，為使電路簡化、運行穩(wěn)定，選用方案二。2.2課程設(shè)計原理 任務(wù)要求實際上就是3個狀態(tài)，不妨設(shè)：S1、東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間20s；S2、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間20s；S3、黃燈閃爍，時間3s。【表1】主電路狀態(tài)與指示燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換主電路狀態(tài)S1RS1GS2YS3RS3GS111S21S311燈數(shù)南北R2東西G2東南西北Y4東西R2南北G2注:R，G，Y紅，綠，黃燈。根據(jù)【表1】可知，設(shè)計電路只需要3組輸出端控制指示燈，指示燈都是以2個或4個一組?？傆嬓枰獋€燈。三、電路設(shè)計3.1單元電路設(shè)計總體模塊設(shè)計1、 時鐘模塊：采用NE555和RC電路組成振蕩電路，產(chǎn)生1HZ時鐘信號。2、 計時器模塊：使用2個帶預(yù)置數(shù)的十進制計時器74LS192構(gòu)成20秒倒計時計時器。3、 顯示模塊：采用2個CD4511作為譯碼器，將74LS192輸出的二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼，通過七段數(shù)碼管顯示出具體數(shù)值。4、紅綠燈轉(zhuǎn)換模塊：D邊沿觸發(fā)器和其他元件構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每接收一個脈沖，紅綠燈即交替一次。5、黃燈閃爍模塊：NE555構(gòu)成振蕩電路，檢測到03 02 01時，輸出脈沖信號，黃燈處于閃爍狀態(tài)。3.2輸出指示燈狀態(tài)設(shè)計（顯示電路） 按照【表1】，畫出顯示電路設(shè)想控制電路，如上圖，這個電路有5個輸入端，只要按照要求輸入信號，可以達到設(shè)計要求。3.3顯示電路的改進由設(shè)想電路和狀態(tài)表可以看出南北路紅燈和東西路綠燈總是同時點亮和熄滅，南北路綠燈和東西路紅燈也總是同時電路和熄滅，因此電路的輸入控制端可以簡化為3個，如右圖所示。3.4主電路設(shè)計、主電路實現(xiàn)S1S2S3狀態(tài)的轉(zhuǎn)換， 、電路轉(zhuǎn)換條件是時間，電路中需要時鐘控制，即時序邏輯控制電路。、實現(xiàn)S120S，S23S，S320S3.5整體電路圖及工作原理1總原理圖電路完整工作過程描述（總體工作原理） 3、74LS192工作狀態(tài)以及狀態(tài)分析 74LS192工作狀態(tài)（個位）7419277419267419227419237419274192B數(shù)碼管00000000111001021001131010040101501106011171000810019注：不填074192(2)工作狀態(tài)（十位）7419277419267419227419237419274192B數(shù)碼管B00000100011注：不填0（1） 計數(shù)模塊值為01 02 03時，黃燈閃爍，根據(jù)上面表格可以看出對于個位,若B值是低電平有效則有： B=+ 對于十位數(shù)，則 B=+因此B=（個位）+（個位）+（十位）+（十位）在電路中可采用4個二極管1N4148（電路圖中的D1、D4、D5、D6）作為或門電路。（2） 計數(shù)模塊為00時，紅綠燈交替，這個功能可以不按照真值表來實現(xiàn)，因為74LS192有借位輸出端，作用是當(dāng)?shù)褂嫊r數(shù)值變?yōu)?時，借位會輸出低電平，所以只要個位和十位借位輸出端都是0，則意味著此時計數(shù)器為00，控制原理即為借位輸出端控制20秒復(fù)位和紅綠燈交替變換即可。3.6元件清單元件符號型號數(shù)量二極管D1-D61N41486發(fā)光二極管L3 L4 L7 L8紅色4發(fā)光二極管L1 L2 L5 L6綠色4發(fā)光二極管L9 L10 L11 L12黃色4三極管VT1-480504色環(huán)電阻R1-1468014色環(huán)電阻 R155.1K1色環(huán)電阻R16 R19 R21 R2710K4色環(huán)電阻R17 R20 R24 R261K4色環(huán)電阻R18100K1色環(huán)電阻R22 R291002色環(huán)電阻R23510K1色環(huán)電阻R253.3K1色環(huán)電阻R285101電解電容C1 C3 C510uF3電解電容C60.47uF1電解電容C7100uF1瓷片電容C2 C41032芯片U1 U2CD45112芯片U3 U474LS1922芯片U5 U7NE5552芯片U674LS741管座DIP82管座DIP141管座DIP164數(shù)碼管DS1 DS22穩(wěn)壓電路U878051四、電路調(diào)試仿真使用multisim軟件。由于本電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元件繁多，難以一步到位、調(diào)試成功，為了更容易達到仿真效果，可以采用分步調(diào)試的方法。1、 當(dāng)計數(shù)器顯示00時候，紅綠燈交替變換。2、 當(dāng)計數(shù)器顯示03 02 01時候，黃燈閃爍。3、 最后將2個分步仿真合并在一起，得到完整的仿真電路。在仿真電路中實現(xiàn)了電路的所有功能，只是由于仿真軟件仿真局限性無法實現(xiàn)二極管分立元件組成的或門電路，所以在仿真電路中用74LS08代替了。五、設(shè)計小結(jié)5.1心得體會在設(shè)計過程中，我第一次綜合的運用了如此多的軟件，設(shè)計過程中不自覺的熟練地掌握了不少技巧，為了完成設(shè)計查閱了大量的資料，認真學(xué)習(xí)了很多元器件的工作原理，雖然有些沒有完全用得上，但我也意識到這也是本次設(shè)計的收獲。在設(shè)計中，也感覺到自己學(xué)識的淺薄 ，僅僅從書本上面學(xué)到的知識是遠遠不夠的，通過設(shè)計讓我對電子產(chǎn)生了濃厚的興趣，從今以后，我會更加致力于學(xué)習(xí)鉆研電子知識，并做到理論聯(lián)系實際，爭取用所學(xué)到的知識去解決更多的問題。最后感謝老師和各位同學(xué)對于我的設(shè)計給予的指點和幫助！5.2作品展示六、參考文獻1數(shù)字電子技術(shù)基本教程 清華大學(xué)出版社 閻石2電子線路設(shè)計實驗測試華中科技大學(xué)出版社 謝自美374LS138 74LS192說明書