2007級學生電子技術課程設計 電子技術課程設計報告書課題名稱交通燈設計姓 名王海洋學 號2008080530院、系、部物理與電子科學系專 業(yè)電子信息科學與技術指導教師張昌平 2010年 12 月 31日 一、設計任務及要求：設計任務：1、首先進行預設計，根據(jù)設計的任務要求，先確定設計的硬件電路方案，然后進行硬件電路的初步設計，在計算機上用軟件仿真畫出硬件電路圖。2、在確定硬件的基礎上，要進行軟件的總體設計，包括軟件主流程的設計以及各子程序的設計。3、寫出設計報告。要 求： 1、十字路口設有紅、綠、黃、左拐指示燈；有數(shù)字顯示通行時間，以秒單位作減法計數(shù)。2、東西、南北方向干道交替通行，主干道每次綠燈亮40秒，黃燈亮5秒，紅燈亮20秒。3、當出現(xiàn)特殊情況時，進入特殊運行狀態(tài)，兩干道所有車輛都禁止通行，紅燈全亮，時鐘停止工作。4、要求主支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在0到99秒內任意設定。指導教師簽名： 2009年6月20日 二、指導教師評語：指導教師簽名： 2010 年 月 日 三、成績 指導教師簽名： 2010年 月 日 交通信號燈控制系統(tǒng)1 設計目的（1）熟悉集成電路的引腳安排。（2）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。（3）了解面包板結構及其接線方法。（4）了解數(shù)字交通燈電路的組成及工作原理。（5）熟悉數(shù)字交通燈電路的設計與制作。2 設計思路（1）設計出時鐘發(fā)生器電路。（2）設計可預置時間的計時電路。（3）設計控制紅、綠、黃三個計時器交替工作的控制電路。 （4）設計交通信號燈交替點亮的控制電路。（5）設計出數(shù)碼管倒計時的顯示電路。3 設計過程 方案論證交通信號燈控制系統(tǒng)總體方框圖如圖1所示。信號燈控制電路數(shù)碼顯示管數(shù)碼管電路狀態(tài)控制電路加和減法計數(shù)器計數(shù)器控制電路信號控制燈譯碼控制電路時鐘信號發(fā)生器圖1 總體框圖（一）方案論證1. 時鐘發(fā)生電路設計使用555芯片設計方波發(fā)生器，方波頻率為1Hz。555芯片制作的發(fā)生器可調，而且精確度也能達到要求；不需要編程控制；價格便宜。方波發(fā)生電路設計如圖(1)所示：圖一 圖（1）2. 計時電路設計由于三個信號燈的點亮時間不同，我們設計了三組計時電路，分別記錄三種信號燈點亮時間。在此一紅燈為例說明我們設計的計時電路的工作特點。我們選擇了用兩個可預置數(shù)的四位二進制加減計數(shù)器（74HC193）分別記錄紅燈點亮時間的個位和十位。具體電路如圖（2）所示:圖(2) ：計數(shù)器電路設計又由于三種信號燈需要交替點亮及三組計數(shù)器也需要交替工作，我們還設計了三組計數(shù)器的工作狀態(tài)控制電路，在此我們利用了計數(shù)器的進位信號來作為狀態(tài)的控制信號，控制三組計數(shù)器的工作狀態(tài)，具體電路如圖（3）所示: 圖 (3) 計數(shù)器組工作狀態(tài)控制電路 3. (1)信號燈狀態(tài)控制電路設計此模塊電路我們采用的是可預置數(shù)的加減8進制計數(shù)器（74HC160）作為信號燈狀態(tài)變化的控制電路。在這里，我們利用計數(shù)器電路模塊中十位上的計數(shù)器的進位信號作為74HC160的時鐘信號。同時，將74HC160設計成一個三進制計數(shù)器，再使用一個或非門構造成信號燈三種狀態(tài)的變換。由于74系列芯片不能直接“線與”。為了使三個進位信號都能工作，我們選用了一個四輸入與非門（74HC13）。具體電路如圖4所示：圖(4)信號燈控制電路(2) 數(shù)碼管顯示電路設計在此模塊電路中我們選用的是BCD7段譯碼器（74LS48），由于在計數(shù)器電路模塊中我們是將74HC193設計成了加法計數(shù)器，所以在此模塊電路設計中，我們需要將其取反后再連接到譯碼器的輸入端，具體電路設計如圖(5)所示：圖(5)：數(shù)碼管顯示電路(3)數(shù)碼管控制電路設計由于只需要一組數(shù)碼管交替顯示三種信號燈點亮的時間，所以我們需要一個控制數(shù)碼管顯示狀態(tài)變換的電路。在這里我們選用的是CD4052（雙四選一多路開關）。其地址信號我們利用的是計數(shù)器組工作狀態(tài)控制電路中的輸出信號。具體電路如圖(6)所示：圖(5) 數(shù)碼管控制電路設計（二）1.protues仿真電路全圖：2.主要原器件清單主要元器件型號數(shù)量時鐘發(fā)生器5551個可預置數(shù)的四位二進制加減計數(shù)器74HC1936個七段BCD譯碼器74HC482個七段數(shù)碼管共陰極2個JK觸發(fā)器40272個雙四選一多路開關40526個六反向器74LS043個四輸入與非門74HC131個3.組裝調試部分：調試電路的方法和技巧： 首先，斷電后進行通路測試，看各高低電平連接是否正常，是不是有虛焊。接下來，對所連接電路與仿真圖進行初步的對照，看是不是有鏈接錯誤。隨后通電對電路進行檢查，看是否正常。如果不正常，對芯片進行每根引腳的檢查，檢查引腳高低電平時否與邏輯正常。我的調試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：對于我的電路，開始我用萬用表測555一直不出脈沖，所以我選擇用函數(shù)信號發(fā)生器進行了對后面的測試。不過在當天晚上我就將555調試正常，原因在我將10F電容反接了，隨即更正。我的電路開始循環(huán)顯示不正常，我先對循環(huán)部分進行了檢查，發(fā)現(xiàn)沒問題。于是我去檢查74LS48的顯示電路，發(fā)現(xiàn)有一根輸入我錯誤的鏈接了高電平，隨即進行了修改。又通電試了下，發(fā)現(xiàn)循環(huán)正常，但是燈不亮。隨即，我對電路進行了與仿真詳細的比對，用了我一天的時間，最終將問題縮小在雙D觸發(fā)器上，有一根本該高電平的線，被我接了地。至此，電路可以正常顯示。 (三)總結設計電路的特點，并提出改進意見：我的電路特點：優(yōu)點：邏輯部分簡單，比資料中的的方法省去2個74LS04。缺點：我電路的交通燈顯示的正常與否，取決于Q0、Q1的初始值。若果Q0、Q1的初始值為0，則正常顯示；但如果其初始值不為0，則顯示錯誤，具體表示就是黃燈的時間和綠燈的持續(xù)時間將會調換。改進的方法：所以我選擇連接了復位鍵。將74HC13的清零端和74LS04的置零端連接到一個高低電平可以切換的開關處，夠成復位鍵。(四)設計體會:對于第一次親手制作集成電路板的我，這次經(jīng)歷很讓我難忘。我覺得這是我們的理論付諸實踐的第一次，也將是我們實踐的開始。這次課程設計給我的第一感受是我體驗到我們學習的價值所在，把自己的知識做成事物是我們很有成就感的事情，也給我接下來的學習奠定了基礎。讓我知道自己該做什么，該在哪方面加強努力。同時這次電路的設計，也讓我感受到自己在知識方面的不足，我還需要回去翻看數(shù)電課本才能將電路做出，我在接下來的學習中必須注意前面知識的學習。參考文獻1 康華光. 電子技術基礎. 北京：高等教育出版社，1999年2 彭華林等編. 數(shù)字電子技術. 長沙：湖南大學出版社，2004年 3 金唯香等編. 電子測試技術. 長沙：湖南大學出版社，2004年4 侯建軍. 數(shù)字電路實驗一體化教程. 北京：清華大學出版社，北京交通大學出版社，2005年5 閻石. 數(shù)字電子技術基礎. 北京：高等教育出版社，2001年6 趙春華、張學軍.電子技術基礎仿真實驗. 北京：機械工業(yè)出版社出版社，2007年