電子設(shè)計(jì)-王海洋.doc

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※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※※ ※※※※※※※※※ 2007級(jí)學(xué)生電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì) 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 課題名稱 交通燈設(shè)計(jì) 姓 名 王海洋 學(xué) 號(hào) 2008080530 院、系、部 物理與電子科學(xué)系 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師 張昌平 2010年 12 月 31日 一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求： 設(shè)計(jì)任務(wù)： 1、首先進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，先確定設(shè)計(jì)的硬件電路方案，然后進(jìn)行硬件電路的初步設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)上用軟件仿真畫出硬件電路圖。 2、在確定硬件的基礎(chǔ)上，要進(jìn)行軟件的總體設(shè)計(jì)，包括軟件主流程的設(shè)計(jì)以及各子程序的設(shè)計(jì)。 3、寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。 要 求： 1、十字路口設(shè)有紅、綠、黃、左拐指示燈；有數(shù)字顯示通行時(shí)間，以秒單位作減法計(jì)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(dāng)出現(xiàn)特殊情況時(shí)，進(jìn)入特殊運(yùn)行狀態(tài)，兩干道所有車輛都禁止通行，紅燈全亮，時(shí)鐘停止工作。 4、要求主支干道通行時(shí)間及黃燈亮的時(shí)間均可在0到99秒內(nèi)任意設(shè)定。 指導(dǎo)教師簽名： 2009年6月20日 二、指導(dǎo)教師評(píng)語： 指導(dǎo)教師簽名： 2010 年 月 日 三、成績(jī) 指導(dǎo)教師簽名： 2010年 月 日 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng) 1 設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)與制作。 2 設(shè)計(jì)思路 （1）設(shè)計(jì)出時(shí)鐘發(fā)生器電路。 （2）設(shè)計(jì)可預(yù)置時(shí)間的計(jì)時(shí)電路。 （3）設(shè)計(jì)控制紅、綠、黃三個(gè)計(jì)時(shí)器交替工作的控制電路。 （4）設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈交替點(diǎn)亮的控制電路。 （5）設(shè)計(jì)出數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)的顯示電路。 3 設(shè)計(jì)過程 方案論證 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)總體方框圖如圖1所示。 信號(hào)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(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)器 控制電路 信號(hào)控制燈 譯碼控制電路 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器 圖1 總體框圖 （一）方案論證 1. 時(shí)鐘發(fā)生電路設(shè)計(jì) 使用555芯片設(shè)計(jì)方波發(fā)生器，方波頻率為1Hz。555芯片制作的發(fā)生器可調(diào)，而且精確度也能達(dá)到要求；不需要編程控制；價(jià)格便宜。 方波發(fā)生電路設(shè)計(jì)如圖(1)所示：圖一 圖（1） 2. 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì) 由于三個(gè)信號(hào)燈的點(diǎn)亮?xí)r間不同，我們?cè)O(shè)計(jì)了三組計(jì)時(shí)電路，分別記錄三種信號(hào)燈點(diǎn)亮?xí)r間。在此一紅燈為例說明我們?cè)O(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)電路的工作特點(diǎn)。 我們選擇了用兩個(gè)可預(yù)置數(shù)的四位二進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器（74HC193）分別記錄紅燈點(diǎn)亮?xí)r間的個(gè)位和十位。具體電路如圖（2）所示: 圖(2) ：計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì) 又由于三種信號(hào)燈需要交替點(diǎn)亮及三組計(jì)數(shù)器也需要交替工作，我們還設(shè)計(jì)了三組計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)控制電路，在此我們利用了計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)來作為狀態(tài)的控制信號(hào)，控制三組計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)，具體電路如圖（3）所示: 圖 (3) 計(jì)數(shù)器組工作狀態(tài)控制電路 3. (1)信號(hào)燈狀態(tài)控制電路設(shè)計(jì) 此模塊電路我們采用的是可預(yù)置數(shù)的加減8進(jìn)制計(jì)數(shù)器（74HC160）作為信號(hào)燈狀態(tài)變化的控制電路。在這里，我們利用計(jì)數(shù)器電路模塊中十位上的計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)作為74HC160的時(shí)鐘信號(hào)。同時(shí)，將74HC160設(shè)計(jì)成一個(gè)三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再使用一個(gè)或非門構(gòu)造成信號(hào)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(gè)進(jìn)位信號(hào)都能工作，我們選用了一個(gè)四輸入與非門（74HC13）。具體電路如圖4所示： 圖(4)信號(hào)燈控制電路 (2) 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 在此模塊電路中我們選用的是BCD—7段譯碼器（74LS48），由于在計(jì)數(shù)器電路模塊中我們是將74HC193設(shè)計(jì)成了加法計(jì)數(shù)器，所以在此模塊電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 由于只需要一組數(shù)碼管交替顯示三種信號(hào)燈點(diǎn)亮的時(shí)間，所以我們需要一個(gè)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(guān)）。其地址信號(hào)我們利用的是計(jì)數(shù)器組工作狀態(tài)控制電路中的輸出信號(hào)。具體電路如圖(6)所示： 圖(5) 數(shù)碼管控制電路設(shè)計(jì) （二）1.protues仿真電路全圖： 2.主要原器件清單 主要元器件 型號(hào) 數(shù)量 時(shí)鐘發(fā)生器 555 1個(gè) 可預(yù)置數(shù)的四位二進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器 74HC193 6個(gè) 七段BCD譯碼器 74HC48 2個(gè) 七段數(shù)碼管 共陰極 2個(gè) JK觸發(fā)器 4027 2個(gè) 雙四選一多路開關(guān) 4052 6個(gè) 六反向器 74LS04 3個(gè) 四輸入與非門 74HC13 1個(gè) 3.組裝調(diào)試部分： 調(diào)試電路的方法和技巧： 首先，斷電后進(jìn)行通路測(cè)試，看各高低電平連接是否正常，是不是有虛焊。 接下來，對(duì)所連接電路與仿真圖進(jìn)行初步的對(duì)照，看是不是有鏈接錯(cuò)誤。 隨后通電對(duì)電路進(jìn)行檢查，看是否正常。如果不正常，對(duì)芯片進(jìn)行每根引腳的檢查，檢查引腳高低電平時(shí)否與邏輯正常。 我的調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法： 對(duì)于我的電路，開始我用萬用表測(cè)555一直不出脈沖，所以我選擇用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行了對(duì)后面的測(cè)試。不過在當(dāng)天晚上我就將555調(diào)試正常，原因在我將10μF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(duì)循環(huán)部分進(jìn)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(cuò)誤的鏈接了高電平，隨即進(jìn)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(duì)電路進(jìn)行了與仿真詳細(xì)的比對(duì)，用了我一天的時(shí)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(jié)設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)，并提出改進(jìn)意見： 我的電路特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：邏輯部分簡(jiǎn)單，比資料中的的方法省去2個(gè)74LS04。 缺點(diǎn)：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(cuò)誤，具體表示就是黃燈的時(shí)間和綠燈的持續(xù)時(shí)間將會(huì)調(diào)換。 改進(jìn)的方法：所以我選擇連接了復(fù)位鍵。將74HC13的清零端和74LS04的置零端連接到一個(gè)高低電平可以切換的開關(guān)處，夠成復(fù)位鍵。 (四)設(shè)計(jì)體會(huì): 對(duì)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(shí)踐的第一次，也將是我們實(shí)踐的開始。 這次課程設(shè)計(jì)給我的第一感受是我體驗(yàn)到我們學(xué)習(xí)的價(jià)值所在，把自己的知識(shí)做成事物是我們很有成就感的事情，也給我接下來的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。讓我知道自己該做什么，該在哪方面加強(qiáng)努力。 同時(shí)這次電路的設(shè)計(jì)，也讓我感受到自己在知識(shí)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(xué)習(xí)中必須注意前面知識(shí)的學(xué)習(xí)。 參考文獻(xiàn) [1] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，1999年 [2] 彭華林等編. 數(shù)字電子技術(shù). 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2004年 [3] 金唯香等編. 電子測(cè)試技術(shù). 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2004年 [4] 侯建軍. 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)一體化教程. 北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2005年 [5] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，2001年 [6] 趙春華、張學(xué)軍.電子技術(shù)基礎(chǔ)仿真實(shí)驗(yàn). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版社，2007年