1、秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。三、核心部件简介1.555定时器系统所需要的秒脉冲由定时器NE555所构成的多谐振荡器提供，多谐振荡器如图所示，图中NE555外引线排列如图所示。其中1脚是电路地GND；8脚是正电源端Ucc，工作电压范围为518V；2脚是低触发端TR；3脚是输出端OUT；4脚是主复位端R；5脚是控制电压端Uc；6脚是高触发端TH；7脚放电端DISC。R1、R2和C为定时电阻和电容，C1为电压控制端稳定电容。在信号的输出端产生矩形脉冲，其振荡频率
2、为 f=1.44/（ R1+2R2）C 。2.74ls19274LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端， 为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下： 输入 输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01dcba 加计数 减计数3.74ls13874LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还
3、可作数据分配器。71LS138有三个附加的控制端、和。当、时，输出为高电平（S1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3.3.5所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1， 如果出现两个输出引脚同时为0的情况，说明该芯片损坏。以下是74LS138引脚分布和真值表：4. D触发器在输入信号为单端的情况下，常使用D触发器。其输出状态的更新发生在CP脉冲
4、的上升沿，故又称为上升沿触发的边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来时D端的状态。本实验采用74LS74双D触发器，它是上升边沿触发的D触发器。引脚如图4.18.2所示。图 74LS74双D触发器外引线排列 74LS74双D触发器逻辑功能表输 入输 出CPD不定D触发器的状态方程为：D触发器的应用很广，可用作数字信号的寄存、移位寄存、分频和波形发生等。5.74ls4874LS48为BCD七段锁存/译码/驱动器，其管脚排列如图所示，其内部由门电路组成组合的逻辑电路，主要功能是将输入8421BCD码，译码输出相应十进制的七段码ag中某些段码为高电平，驱动发光数码管显示对应的十进制数，由其管脚图可
5、知，在下边的引脚为输入端和控制端，上边引脚为输出段码端。四、单元电路设计1.秒脉冲发生器秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R6,C2的电阻电容值决定了脉冲宽度。如图所示，R6、C2组成一个串联RC充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C2上得到一个三角波。此三角波送到NE555的2脚输入端。由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。2.倒计时器 十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向红灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1，计数方式工作，直至减到数为“55”，“50”和“5”时，十字路口
6、绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。在倒计时过程中计数器还向译码器提供定时信号。倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。3.时间显示器时间显示器由两片七段显示译码器74LS48和两片半导体数码管构成。其组成如图31（a）所示，74LS48的外引线排列如图31（b）所示。A3A2A1A0组成8421BCA码为输入端，YaYg为输出端。LT、RBI、BI/RBO为使能控制端，都是低有效。LT为灯测试输入端，RBI为灭零输入端，BI/RBO为灭灯输入/灭零输出端。此半导体数码管为带小数点（DP）的七段数码管，分为共阴和共阳型。共阴型数码管的
7、COM端接低电平，共阳型的则接高电平。4.状态译码电路、输出电路及其交通灯单元的设计思路 该电路的主要功能是依据不同的状态信号实现对交通灯的控制。“状态译码电路”采用二进制译码器74LS138实现； “输出电路”采用集成逻辑门实现； “交通灯单元”采用普通的红色、绿色和黄色发光二极管；五、设计内容及步骤1.状态分析状态1：主干道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；次干道的绿灯亮，车道，人行道通行。状态2：次干道的黄灯亮，车道，人行道缓行；状态3：主干道的绿灯亮，车道，人行道通行；次干道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；状态4：主干道的黄灯亮，车道，人行道缓行；2.状态转换选用JK触发器，设状态编码为
8、：S0=00S1=01S2=10 S3=11，其输出为Q1 Q0，则其状态表为：Ra，Ga ，Ya分别表示主干道红，绿，黄；Rb，Gb ，Yb分别表示次干道红，绿，黄。表1 状态编码与信号灯关系表现态次态输出Q1nQ0nQ1n+1Q0n+1RaGaYa RbGbYb3. 倒计时计数器倒计时器由两位4位十进制可逆同步计数器（双时钟）74LS192、一个非门和一或门构成。其组成所示，其中 74LS192是上升沿触发，CPU为加计数时钟输入端；CPD为减计数时钟输入端；LD为异步预置端，低有效；CR为异步清零端，高有效；CO为进位输出端，当1001后输出低电平；BO为借位输出端，当0000后输出低电
9、平；D3D2D1D0为数据预置端；Q3Q2Q1Q0为数据输出端。倒计时器初始状态为10000000，当输入一个脉冲，计时器就会减一。低位的状态是0000时，再来一个脉冲，BO端就会由10，这是高位的CPD端由01。高位因得到一个上升沿，从而触发，进行减1运算。低位的状态变为1001。当高低位的状态都为0000时，它们的LD端就会接低电平，从而进行异步置数。计时器状态变为10000000。秒脉冲再来就会重复以上操作。4定时器电路在每个周期里，主干道红黄绿灯亮的时间和为80S，刚开始的时候（80s）一直输出高电平（jk触发器低电平有效），当55s，50s，5s的时候分别输出低电平。分别设两片74l
10、s192的输出为ABCDEFGH, ABCDEFGH为定时器电路的输入，设Y为定时器电路的输出，有上述关系找到Y=ABCDEFGH+ABCDEFGH+ABCDEFGH=（A+C+E+G）5. 状态译码电路6.交通灯单元7其余部分其余各个部分按上图进行连接，但当一部分连接完成后，要对其进行测试。8.总电路图9整体测试总体电路连接好后，对整体进行测试，看是否符合要求，如不符合要求，需要对电路进行排除错误，直到纠正为止。六、遇到的问题及解决方案 1电路连接好后，各部分都正确，但就是发光二极管发光次序不对，应该亮的却不亮，不应该亮的却亮了，初步断定是二极管接反了，调试后正确。 2调试过程中，最好分块进
11、行，如首先调试“状态译码电路”、 然后调试“输出电路及其交通灯单元”，最后调试“时间预置电路”。七、分析总结经过一个周的努力，我终于完成了电子课程设计交通灯控制电路系统。通过一个周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。同时我也加深了对芯片的了解及其应用。将书本上面学到的知识和实际应用相结合，我们会发现比如说一个加法计数器的基本功能是实现两个二进制数的加法运算，但同时，我们也可以将它作为一个分频器来使用。对于芯片的使用，我们应该在了解它的各项功能的前提条件下，灵活巧妙地运
12、用。具体的芯片资料和图片我们通过查阅相关的书籍，在网上能够很方便的查找。 通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，但是由于时间方面的原因，我们没有完全按照最初的要求严格来做，因而还有很多问题我们没有发现，也还有很多知识我们没有接触到。这对我们来说也是一个遗憾把。所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。经过这次课程设计，我学到很多东西这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。社会的不断发展电子产品 实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己
13、，来适应日新月异的现代社会。八、参考资料 1 陈晰.数字电路试验技术基础.北京：电子工业出版社，19992 李元.数字电路与逻辑设计.南京：南京大学出版社，19973 郝波.数字电子技术，西安：西安电子科技大学出版社，20044 郭斌.数字逻辑电路.北京：电子科技大学出版社，19955 程震先.数字电路实验与应用.北京：北京理工大学出版社,19996阎 石数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社，2006抢答器设计1. 抢答器同时供4名选手比赛，分别用4个按钮S1 S4表示。2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编
14、号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。如图所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，抢答器处于禁
15、止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作和状态开关。 1. 74ls175是常用的D触发器集成电路，可以用来构成寄存器,抢答器等功能部件。以下是74ls175 74LS175的功能表 输 入 输 出 RD CP 1D 2D 3D 4D 1Q 2Q 3Q 4Q L L L L L H 1D 2D 3D 4D 1D 2D 3D 4D H H 保 持
16、 H L 2. 74LS7474ls74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路模块。以下是74LS74的引脚图和d触发器功能表。表 74LS74双D触发器逻辑功能表3.74ls19274LS192是十进制可编程同步加/减计数器，采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零，置数，加/减计数功能。为非同步进位输出端， 为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。4.555定时器555构成的多谐振荡器作为秒脉冲发生器，把555的2，6脚接在一起，根据对555组成原理图的分析可知，电容上的电压将在到之间变化。电路的工作波形如下图所示 图3.2.3.1
17、.1 电容和输出电压的波形图 图3.2.3.1.2 555构成的多谐振荡器原理图 从图中看出，输出电压Vo的低电平时间为电容上电压Vc从减少到所需要的时间，Vo的高电平时间Vc 为电容上电压从增大到所需要的时间，电路的振荡周期和频率计算如下 （3.2.3.1.1） （3.2.3.1.2） （3.2.3.1.3） （3.2.3.1.4）取=15K, =68K, C=10uF, 可得振荡频率为所以, T=1s 1. 时序控制电路时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢
18、答电路和定时电路停止工作。当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。根据上面的功能要求以及图 2，设计的时序控制电路如图 5所示。图中，门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端 。图11、4的工作原理是：主持人控制开关从位置拨到位置时，来自于图11、2中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则定时到信号为 1，门G2的输出 =0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定
19、时时间内按动抢答键时，1Q1，经 G3反相， A0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则为0， =1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时， 门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。2.抢答器电路图中F1为四D触发器74LS175，它具有公共置0端和公共CP端,引脚排列见附录；F2为双4输入与非门74LS20；F3是由74LS00组成的多谐振荡器；F4是由74LS74组成的四分
20、频电路，F3、F4组成抢答电路中的CP时钟脉冲源，抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S，74LS175的输出Q1Q4全为0，所有发光二极管LED均熄灭，当主持人宣布“抢答开始”后，首先作出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过与非门F2送出信号锁住其余三个抢答者的电路，不再接受其它信号，直到主持人再次清除信号为止。3. 报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。4. 定时电路由节目主持人根据抢答题
21、的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路所示。1测试各触发器及各逻辑门的逻辑功能测试方法参照数字电子技术实验有关内容，判断器件的好坏。2按图接线，抢答器五个开关接实验装置上的逻辑开关、发光二极管接逻辑电平显示器。3断开抢答器电路中CP脉冲源电路，单独对多谐振荡器F3及分频器F4进行调试，调整多谐振荡器10K电位器，使其输出脉冲频率约4KHz，观察F3及F4输出波形及测试其频率。4测试抢答器电路功能接通+5电源，CP端接实验装置上连续脉冲源，取重复频率约1KHz。（
22、1）抢答开始前，开关K1、K2、K3、K4均置“0”，准备抢答，将开关S置“0”，发光二极管全熄灭，再将S置“1”。抢答开始，K1、K2、K3、，K4某一开关置“1”，观察发光二极管的亮、灭情况，然后再将其它三个开关中任一个置“1”，观察发光二极的亮、灭有否改变。（2）重复（1）的内容，改变K1、K2、K3、K4任一个开关状态，观察抢答器的工作情况。（3）整体测试断开实验装置上的连续脉冲源，接入F3及F4，再进行实验。1.我在实现设计的第一个抢答环节时，我们在草图上起初是用四个D触发器和一些开关来设计四名选手的抢答环节的，随后又突然想到用一个含四个D触发器的集成电路来代替。本以为这个环节没有什
23、么问题了，但到了实验阶段后，由于没有仅含四个D触发器的器件，我们经过辛苦的尝试，终于找D触发器器件74LS175，这使我们濒临破产的设计有了一线生机，然后我们就翻阅资料，查询它的个个引脚的功能，进行布线并最终获本模块成功。2.在二极管显示设计中，我们的显示电路出了问题，我们知道布线没有出问题，但是不知道具体问题出在哪里。在求助同学后才知道把二极管的正负极接反了。持续近一个星期的课程设计结束了，我们的设计虽然有一些小毛病，但总体上还是很成功的。一周的时间虽然很短暂，但从中获益匪浅. 毕竟在课堂上学习的内容真真正正能用到实际是有点超乎我们的想象，而且要把理论知识付诸实践确实非一件易事。我从最初的设
24、想设计一个什么样的数字电路到绘制电路图，最后校正设计中的漏洞与不足。整个过程中我翻阅大量资料，跑遍图书馆各个能找到数电资料的角落，上网查找有关内容，马不停蹄思考如何绘制电路，并和周围同学进行着一遍又一遍的交流与设计思想。首先对数字电路这门课程有了更深的了解，因为课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对数字电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的数字实验只是针对某一个小的功能设计，而课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模
25、块的设计。例如： 555定时器的使用原理和作用，用它构成触发器和振荡器的方法，还有一个难题就是怎么来选择我们所需要的芯片，从而实现我们所想实现的功能。最后，感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在数电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。从这过程，我锻炼了自己的动手能力，独立思考能力，分析实践能力，并学会了把自己的设计经验和思路拿出来与大家分享。再次感谢老师的辅导以及同学的帮助。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，由此看来实践的重要，短短两星期的课程设计，学到了很多的东西，最重要的是我自己动手把我学习的知识用于实践，做出成功的作品，这才算真正学习到了东西。总之，这次实验我收获颇多。实践是获得知识的一种最好的手段！八、参考文献1康华光.电子技术基础数字部分.北京：2王彦朋.大学生电子设计与应用.北京：中国电力出版社，20073张钦双.实用电子电路200例.北京：机械工业出版社，20034陈有卿.实用555时基电路300例.北京：中国电力出版社，20045网络资料.六国电子网站6网络资料.三毛电子网站7阎 石
