定時(shí)器應(yīng)用電路-交通燈

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)課題：交通燈 專業(yè)班級(jí)：通信2班 學(xué)生姓名：郭某某 指導(dǎo)教師：胡老師 設(shè)計(jì)時(shí)間：2014.7.9目錄一、課程設(shè)計(jì)目的.3二、課程設(shè)計(jì)題目（問題）描述和要求.3三、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì).33.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖.33.2系統(tǒng)工作流程圖.43.3各部分單元電路設(shè)計(jì).43.3.1狀態(tài)控制及信號(hào)燈指示電路.53.3.2計(jì)數(shù)器及數(shù)碼顯示電路.63.3.3信號(hào)燈定時(shí)置數(shù)邏輯電路.73.3.4秒信號(hào)發(fā)生器.7四、系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的主要問題.9五、系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)告與結(jié)論.12六、總結(jié).16七、參考資料.16八、附錄.17交通燈一、課程設(shè)計(jì)目的學(xué)習(xí)555定時(shí)器應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)方

2、法和調(diào)試方法。二、課程設(shè)計(jì)題目（問題）描述和要求系統(tǒng)工作的十字路口由主、支兩條干道構(gòu)成，四路口均設(shè)紅、黃、綠三色信號(hào)燈和用于顯示還剩余多少時(shí)間將改變信號(hào)燈的數(shù)碼顯示器。要求：主、支干道交替通行，通行時(shí)間均可在099s內(nèi)任意設(shè)定；綠燈換紅燈前，黃燈先亮較短時(shí)間(也可在099 s內(nèi)任意設(shè)定)，用以等待十字路口內(nèi)滯留車輛通過；主支干道通行時(shí)間和黃燈亮的時(shí)間均由同一計(jì)數(shù)器按減計(jì)數(shù)方式計(jì)數(shù)(零狀態(tài)為無(wú)效態(tài))；在減計(jì)數(shù)器回零瞬間完成十字路口通行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換(換燈)。三、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)系統(tǒng)要求,設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。圖中秒信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒信號(hào)?？深A(yù)置計(jì)數(shù)器進(jìn)行遞減計(jì)數(shù),

3、根據(jù)置數(shù)控制電路的控制信號(hào),計(jì)數(shù)的長(zhǎng)短可作相應(yīng)調(diào)整,計(jì)數(shù)完成后產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)到狀態(tài)控制電路,狀態(tài)控制電路經(jīng)過譯碼,驅(qū)動(dòng)主干道和支干道的紅、黃、綠三色燈作相應(yīng)的狀態(tài)變化?？深A(yù)置計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)通過數(shù)碼顯示電路顯示相應(yīng)計(jì)數(shù)值。 3.2系統(tǒng)工作流程圖設(shè)主干道通行時(shí)間為N1,支干道通行時(shí)間為N2,主、支干道黃燈亮的時(shí)間均為N3,通常主干道車流量大,支干道車流量小,通行時(shí)間設(shè)置為N1 >N2 > >N3。本設(shè)計(jì)中N1=35S，N2=25S，N3=5S。3.3各部分單元電路設(shè)計(jì) 3.3.1狀態(tài)控制及信號(hào)燈指示電路狀態(tài)控制電路由流程圖可見,系統(tǒng)有4種不同的工作狀態(tài)( S0S3) ,其中S0

4、(主綠燈亮，支紅燈亮)、S1(主黃燈閃爍，支紅燈)、S2(主紅燈亮，支綠燈亮)、S3(主紅燈，支黃燈閃爍)。選用四位二進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器74163作狀態(tài)控制電路 ,取低兩位輸出QB、QA作狀態(tài)控制電路的輸出。狀態(tài)編碼S0、S1、S2、S3分別為00、01、10、11。信號(hào)燈指示電路該電路也稱狀態(tài)譯碼器。以狀態(tài)控制電路的輸出(QB、QA)作譯碼器的輸入變量,根據(jù)4種不同通行狀態(tài)對(duì)主、支干道信號(hào)燈的控制要求,列出如表所示的指示燈驅(qū)動(dòng)函數(shù)真值表。經(jīng)化簡(jiǎn)(可利用邏輯轉(zhuǎn)換儀)得六個(gè)指示燈驅(qū)動(dòng)函數(shù):R =QB r =QB、Y =QBQA y =QBQA 、G =QBQA g =QBQA、AG=（QBQA）=G

5、、 Ag=（QBQA）= g、AY=（QBQA+QBQA ）表指示燈驅(qū)動(dòng)函數(shù)真值表控制器狀態(tài)主干道支干道置數(shù)選通信號(hào)QBQAR (紅)Y(黃)G(綠)x(紅)y(黃)g(綠)AG(N1)Ag(N2)AY(N3)S0S1S2S300110101001101001000110000010010011111011010根據(jù)指示燈驅(qū)動(dòng)函數(shù)邏輯表達(dá)式,可畫出信號(hào)燈指示電路。將狀態(tài)控制電路、信號(hào)燈指示電路及模擬三色信號(hào)燈相連接,構(gòu)成狀態(tài)控制及信號(hào)燈指示電路如圖所示。為了便于調(diào)試和簡(jiǎn)化系統(tǒng)總圖,我們采用子電路圖表示法,將虛線框內(nèi)的74163和組合邏輯電路放在一起定義為子電路KZDL。用子電路表示的控制及信號(hào)

6、燈指示電路如圖所示。雙擊KZDL后打開可以查看和修改電路。三色信號(hào)燈邏輯控制電路 三色信號(hào)燈邏輯控制子電路3.3.2計(jì)數(shù)器及數(shù)碼顯示電路選用2片74190十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成兩位十進(jìn)制可預(yù)置數(shù)的遞減計(jì)數(shù)器。為了便于控制,置數(shù)電路可根據(jù)需要改換。計(jì)數(shù)器及數(shù)碼顯示電路如圖所示。2片計(jì)數(shù)器間采用異步級(jí)聯(lián)方式,利用個(gè)位計(jì)數(shù)器的借位輸出脈沖RCO直接作為十位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖,接入十位計(jì)數(shù)器的CLK端;個(gè)位計(jì)數(shù)器直接接入秒脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)器的D1、C1、B1、A1和D0、C0、B0、A0分別為十位和個(gè)位的8421BCD碼置數(shù)輸入端,當(dāng)則LOAD端 為低電平時(shí),完成置數(shù)功能。由于計(jì)數(shù)器在零狀態(tài)時(shí)RCO為 低電

7、平,其它時(shí)間為高電平,故當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)器與十位計(jì)數(shù)器的RCO均為低電平時(shí)可作為置數(shù)控制信號(hào)和指示電路控制信號(hào)(圖中的ZS端) ,從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器減至“00”狀態(tài)瞬間完成置數(shù)和指示燈轉(zhuǎn)換。通過8421碼置數(shù)輸入端,可以選擇100以內(nèi)的數(shù)值,實(shí)現(xiàn)0100 s內(nèi)自由選擇的定時(shí)要求。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng),同樣我們將圖6虛線框內(nèi)的電路定義為子電路JSDL,用子電路表示的計(jì)數(shù)器及數(shù)碼顯示電路如圖所示。計(jì)數(shù)器及數(shù)碼顯示電路 計(jì)數(shù)器及數(shù)碼顯示子電路3.3.3信號(hào)燈定時(shí)置數(shù)邏輯電路為使系統(tǒng)簡(jiǎn)化,我們用同一計(jì)數(shù)器分時(shí)顯示主、支干道通行時(shí)間(即主、支干道綠燈亮的時(shí)間)和主支干道通行轉(zhuǎn)換中黃燈亮的時(shí)間,為此必須解決好分時(shí)置數(shù)問題。

8、選用3片8路雙向三態(tài)門74LS245作為預(yù)置數(shù)的存儲(chǔ)單元來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器分時(shí)置數(shù)控制電路如圖所示。G7G0為主干道綠燈置數(shù)端, g7g0為支干道綠燈置數(shù)端, Y7Y0為主支干道黃燈置數(shù)端; AG,Ag 和AY為3片74LS245選通端,由主干道綠燈、支干道綠燈和黃燈選通;D7D0為按由高到低排列后的輸出端,要接到計(jì)數(shù)器的置數(shù)輸入端。工作時(shí), 3片74LS245只能有1片選通,其它兩片輸出均處于高阻態(tài)。在圖8所示的信號(hào)燈定時(shí)置數(shù)邏輯電路中,將虛線框內(nèi)的電路定義為SCDL電路。用子電路表示的信號(hào)燈定時(shí)置數(shù)邏輯電路如圖所示。 信號(hào)燈定時(shí)置數(shù)邏輯電路3.3.4秒信號(hào)發(fā)生器用555做秒信號(hào)發(fā)生器，如下圖：在

9、仿真測(cè)試時(shí)秒信號(hào)發(fā)生器可由石英晶體多諧振蕩器構(gòu)成,為簡(jiǎn)化電路,直接選用1Hz的脈沖信號(hào)源代替秒信號(hào)發(fā)生器。 信號(hào)燈置數(shù)邏輯子電路 交通信號(hào)燈自動(dòng)指揮系統(tǒng)四、系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的主要問題應(yīng)實(shí)驗(yàn)要求，畫出電路圖，在實(shí)驗(yàn)軟件multisim進(jìn)行仿真。為簡(jiǎn)化電路和方便檢查，在仿真實(shí)驗(yàn)中用頻率為1Hz的秒脈沖信號(hào)源代替由555組成的秒信號(hào)發(fā)生器，用四腳數(shù)碼管代替七段數(shù)碼管。在multisim軟件仿真中，注意燈的連接和進(jìn)位輸出的連接，在仿真過程中要注意觀察燈的閃爍與數(shù)碼管顯示時(shí)間是否對(duì)應(yīng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)符合題目要求，為下一步實(shí)測(cè)做準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)電路圖如下所示： 依照電路圖組裝器件。PCB原理圖： 接入脈沖

10、信號(hào)和電源，運(yùn)行電路，發(fā)現(xiàn)信號(hào)燈與計(jì)時(shí)顯示器不匹配的問題，檢查電路各處，無(wú)其他差錯(cuò)（未發(fā)現(xiàn)電路接錯(cuò)和器件損壞的情況）。返回3.3.1分析原理。 信號(hào)燈與計(jì)時(shí)顯示器不匹配的原因：因?yàn)閷?shí)際試驗(yàn)中接通電路，接入脈沖信號(hào)后，電路隨機(jī)選取一個(gè)狀態(tài)作為初始狀態(tài)，當(dāng)計(jì)數(shù)器電路出現(xiàn)某一狀態(tài)時(shí)，信號(hào)燈定時(shí)置數(shù)邏輯電路在之前未得到相應(yīng)的進(jìn)位信號(hào)，輸出的是上一個(gè)狀態(tài)控制電路對(duì)應(yīng)的置數(shù)，而三色信號(hào)燈邏輯電路已得到進(jìn)位脈沖，控制燈變色（例如當(dāng)三色信號(hào)燈邏輯電路在S0狀態(tài)時(shí)，置數(shù)邏輯電路仍處在S3對(duì)應(yīng)的狀態(tài)），這就使得出現(xiàn)信號(hào)燈與計(jì)時(shí)顯示器不匹配的問題?，F(xiàn)對(duì)此問題進(jìn)行改正，將置數(shù)選通信號(hào)置前一個(gè)狀態(tài)，更改指示燈驅(qū)動(dòng)函數(shù)真

11、值表如下（紅色的部分為更改部分），同時(shí)重新得到計(jì)數(shù)器的置數(shù)輸入端的輸入方程：AG=（QBQA）=y、Ag=（QBQA）= Y、AY=（QBQA + QBQA ）=（G + g）表指示燈驅(qū)動(dòng)函數(shù)真值表控制器狀態(tài)主干道支干道置數(shù)選通信號(hào)QBQAR (紅)Y(黃)G(綠)x(紅)y(黃)g(綠)AG(N1)Ag(N2)AY(N3)S0S1S2S300110101001101001000110000010010111010110101重新連接電路板，接通電路，接入脈沖信號(hào)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，上述問題解決。五、系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)告與結(jié)論在正確連接電路圖后，接通電路，接入脈沖信號(hào)后,運(yùn)行：S0狀態(tài)：S1狀態(tài)：S2狀態(tài)

12、：S3狀態(tài)：六、總結(jié)在小學(xué)期的課程設(shè)計(jì)中，收獲知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，通過查找資料，請(qǐng)教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。在這短短的時(shí)間里，讓我深深的感覺到自己在實(shí)際應(yīng)用中所學(xué)專業(yè)知識(shí)的匱乏。以前總以為書本上的知識(shí)很簡(jiǎn)單，但做課程設(shè)計(jì)是才曉得根本不懂運(yùn)用，從一開始根本不知從何下手，像思路什么都沒有，不知道如何做一個(gè)計(jì)時(shí)顯示器，這一切在最開始就是一片大霧，什么也看不見。最后我們從基本的地方入手，認(rèn)真分工，認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)，在老師的指導(dǎo)下終于畫出了框圖，

13、仿真，最后再連接電路圖，實(shí)測(cè)。我深刻的意識(shí)到，平時(shí)的學(xué)習(xí)學(xué)的只是書本上的一些皮毛，真的要求我們實(shí)際運(yùn)用，真的是太困難了，在今后的學(xué)習(xí)中，我們還應(yīng)該加強(qiáng)手頭操作的能力，認(rèn)真學(xué)習(xí)各個(gè)軟件，熟悉各個(gè)原理與應(yīng)用，加強(qiáng)我們對(duì)于專業(yè)知識(shí)上的“真正的”學(xué)習(xí)與理解我還學(xué)到了一個(gè)人的力量畢竟有限，但是團(tuán)隊(duì)的力量勢(shì)不可擋，我們不能只靠自己，遇到不會(huì)的要多多求助同學(xué)， 這次課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但也留下了遺憾，因?yàn)橛捎诟鞣矫嫦拗?，并沒有做到最好。通過這次課程設(shè)計(jì)的歷練，相信以后我會(huì)更加努力，努力的去彌補(bǔ)自己的缺點(diǎn)，發(fā)展自己的優(yōu)點(diǎn)，去充實(shí)自己，只有在了解了自己的長(zhǎng)短之后，我們會(huì)更加珍惜擁有的，更加努力的去完善它，增進(jìn)它。只有不斷的測(cè)試自己，挑戰(zhàn)自己，才能擁有更多的成功和快樂！七、參考資料1.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)馬楚儀2005年9月2.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程周曉霞2008年07月八、附錄實(shí)驗(yàn)中用到的器件：1.74Ls163功能表及引腳圖功能表引腳圖：2.74Ls245簡(jiǎn)介：當(dāng)端/CE低電平有效時(shí)，DIR=“0”，信號(hào)由 B 向