数子电路课程设计.docx
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数子电路课程设计.docx
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数子电路课程设计
西安邮电学院
数字电路课程设计报告书
——交通灯控制器
学院名称
:
电子工程学院
学生姓名
:
林伟(06)
专业名称
:
光电信息工程
班级
:
0901
实习时间
:
2011年12月19日——2011年12月30日
交通灯控制系统
一、实验目的
1.熟悉集成电路的引脚安排。
2.掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
3.了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。
4.熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。
二、任务与要求
1.在十字路口的两个方向上各自设计一组红绿灯,显示方向是其中一方方向是绿、黄、红,而另一方方向是红、红、绿;主干道车流量大绿灯30秒,支干道车流量少通行20秒。
2.设置一组数码管即时显示通行或禁止通行时间,为符合常理,选用倒计时系统。
3.根据常理:
红灯(R/r)亮——该条道路禁止通行;
黄灯(Y/y)亮——稍作等待;
绿灯(G/g)亮——通行。
通过基本的数字集成芯片设计逻辑电路,在面包板上实现模拟交通灯信号控制系统。
要求分主干道和支干道,每条道上安装红(主:
R,支:
r)绿(主:
G,支:
g)黄(主:
Y,支:
y)三种颜色灯,由四种状态自动循环构成(GrYrRgRy)。
在交通灯处在不同的状态时,设计以倒计时方式显示的计时器实现倒计时功能提示,并要求不同状态历时分别为:
Gr:
30秒,Rg:
20秒,Yr,Ry:
5秒。
三、系统框图
四、相关器件
74LS1613个
发光二极管6个(2红2绿2黄)
74LS1391个
数码管2个
5551个
电阻4个
74LS043个
电容(4.7K、150K)各一个
74LS001个
钳子,万用表,面包板,导线
74LS482个
主芯片总计:
11个
五、设计方法
A.主控电路:
1.设计思路:
根据设计要求,首先设计主控电路,即四种状态的转换,
画出状态转移图。
可以用两位二进制数表示所需状态(00—Gr,01—Yr,10—Rg,11—Ry),循环状态:
(00—01—10—11—00)
计数器就是通过有限几个不同状态之间的循环实现不同模值计数,可以设计一个模值为4的计数器,其输出(代表不同状态)既可以循环转换,而且能够控制其他部分电路。
用74LS161设计模4计数器作为主控部分电路。
2.模4计数器的设计:
根据真值表化简,初始D,C,B,A接地,控制输出QB,QA按照00—01—10—11四个状态循环(注意事项:
把个位控制芯片的CO与十位控制芯片的CO分别接入主控74LS161的ENT和ENP控制端。
则当个位控制和十位控制两个芯片同时状态转换成1111时,即两个CO同时为1,主控74LS161跳到下一个状态)。
3.主控电路图
如下:
B.脉冲产生电路:
通过555芯片按脉冲发生器电路接上不同的电阻和电容就可产生周期不同的方波脉冲,即不同的频率脉冲。
课程设计需要秒脉冲,利用的2个电容(0.01uf,4.7uf),2个电阻(4.7k,150k)。
脉冲产生电路图如下:
C.红绿灯显示电路:
红绿灯显示也是表示电路所处状态,其必然与主控电路的状态一一对应,受到主控电路控制,即主控电路的输出(QB和QA)决定了主干道和支干道的红绿灯的亮灭情况。
(注:
~代表非号)
如亮用1表示,灭用0表示,则有:
QB
QA
主红(R)
主黄(Y)
主绿(G)
支红(r)
支黄(y)
支绿(g)
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
所以:
R=QBY=~QBQAG=~QB~QA
r=~QBy=QBQAg=QB~QA
红绿灯显示电路如下:
.
D.计时部分电路:
1.计时器状态产生模块:
设计要求对不同的状态维持的时间不同,而且要以十进制倒计时显示出来。
用两个74LS161完成计时器状态产生模块设计,并通过非门实现倒计时功能。
2.设计思路:
要以十进制输出,而又有一些状态维持时间超过10秒,用两个74LS161分别控制个位和十位的数字信号。
显然,计数器能够完成计时功能,我们可以用74LS161设计,并把它的时钟cp接秒脉冲。
74LS161计数器是采用加法计数,要想倒计时,则在74LS161输出的信号必须经过非门处理后才能接入数码管的驱动74LS48,而在显示时最好以人们习惯的数字0---9显示计时,故在设计不同模值计数器确定有效状态时,以,0110-----1111这些状态为有效状态。
例如:
有效状态1011—1100—1101—1110—1111
取非0100—0011—0010—0001—0000
即十进制的:
4------3-------2-------1-------0
实现模5的倒计时。
在将74LS161改装成其他模值时既可以采用同步清零法,也可采用异步置数法,但0000不可能为有效状态,所以采用异步置数法完成不同模值转化的实现。
(1)首先对控制个位输出的74LS161设计
按要求对系统的状态不同,即红绿灯的状态不同,个位的进制也就要求不同。
用系统的状态量QB,QA控制74LS161的置数端D(6),C(5),B(4),A(3)。
当系统处在Gr或Rg状态时,个位的进制是十(模10),即逢十进一,当系统处在Yr或Ry状态时,个位的进制是五(模5),即逢五进一,模10时,有效状态为0110-----1111,置D(6),C(5),B(4),A(3)为0110,模5时有效状态为1011,1100,1101,1110,1111,置D(6),C(5),B(4),A(3)为1011,由此有:
QB
QA
D
C
B
A
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
所以,D=A=QA,C=~QA,B=1当状态为1111时,74LS161的状态必须跳到进入下一个循环,此时进位输出为1,我们可以把它的CO非接入置数端[LD]。
(2)再对控制十位输出的74LS161设计
同设计控制个位输出的74LS161基本类似,用系统状态量QB,QA,控制十位74LS161的置数端D(6),C(5),B(4),A(3)。
当系统处于Gr状态时置D(6),C(5),B(4),A(3)为1101,当系统处于Yr或Ry时置D(6),C(5),B(4),A(3)为1111,当系统处于Rg时置D(6),C(5),B(4),A(3)为1110,有:
QB
QA
D
C
B
A
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
故:
D=C=1B=~(~QB~QA)A=~(QB~QA)
同理我们将CO2非接入置数端[LD]。
当计数超过10秒时,个位需向十位进位,此时十位计数,其它时间其保持不变,当个位需进位,C01变为1,把个位的CO1置入十位的ENT,ENP。
即完成一次循环,十位开始计数,其他时刻CO1=0,十位保持。
设计时把CO1,CO2分别接入主控电路的74LS161的ENT端,ENP端。
当完成一次计时,个位和十位同时完成循环,此时CO1=CO2=1,主控系统跳到下一个状态,红绿灯转换,计时器开始下一次计时。
E.数字显示模块:
我们用数码管将计时器产生的信号以数字形式显示出来,其中包括接数码管的驱动74LS48。
将数码管驱动的[LT],[BI]/[RBI],[RBO]接1,数码管3脚需接100欧的限流电阻。
七、完整电路图
八、心得体会
在本次数字逻辑电路课程设计实习中,我所作的题目是《交通灯控制系统》。
通过《交通灯控制系统》这个题目,加深了自己对数字逻辑电路的理解。
在设计当中,通过查阅诸多的资料,使自己时也掌握了几种常用数字电路芯片(74LS0474LS16174LS13974LS0074LS48)的管脚图,基本的逻辑功能,并学会利用真值表设计一些简单的逻辑电路,掌握了组合逻辑电路设计的基本步骤以及方法,学会用实事求是和科学的精神处理实际问题,初步培养了科学严谨的工作作风和态度。
刚开始拿到这个题目,不知道从何下手。
通过从网上和图书馆的资料书查阅相关资料,并仔细分析了前人的设计图稿,逐步的打开了思路,然后开始了自己的设计。
需要注意的是,在连接电路时,不要急于求成,连接一个模块,测试一个,这样比较容易排错。
还有就是,在排除一切常规问题后,实在检查不出错误,那就有可能是面包板或器件出现了问题,此时可用万用表测试。
通过这两周的课程设计,我深刻的感悟到,这不仅需要对所学相关课程的深刻理解和熟练掌握,还需要有认真严谨的态度。
一份成功的设计,首先要有明确的设计理念,正确的思路,在设计正确的前提下,尽量减少所用器件,简化线路连接,达到以上标准,它就算得上是一个成熟的设计了。
其次就是,在实际连接电路时,要合理布局,使电路看起来清晰、美观,这也很重要。
我设计的电路,虽然距离以上标准还有一定的距离,但这至少是我花了四天时间查资料设计的,在连接时为了让其美观,也拆了两次,所以,在我心里,我的设计还算是比较完美的。
但是在以后的学习中,我会继续努力,使我的设计逐渐成熟。
西安邮电学院数字电路课程设计成绩鉴定表
学生姓名
林伟
班级/学号
光电0901/05094006
承担任务实验室(单位)
电路与电子技术基础教学部
所在部门
电子工程学院
实施时间
2011年12月19日——2011年12月30日
具体内容
第一周
讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题;选定题目,并设计电路,完成电路设计;电路仿真;领取元器件,开始组装电路;
第二周
组装电路;老师验收电路;写实验报告;实验总结;
成绩鉴定
学习内容
(40分)
基本功能完成情况(25分)
扩展功能完成情况(10分)
其它(5分)
接受单位评价
(20分)
实践能力(10分)
学习态度(6分)
学习纪律(4分)
报告鉴定
(40分)
报告内容与实践过程紧密结合(20分)
报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数20分)
评阅教师姓名
张春茗
职称
讲师
成绩
评语
评阅教师签字
年月日
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- 关 键 词:
- 电路 课程设计