电子技术综合设计与实践

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1、一、 设计原理及框图3二、单元电路设计 42.1 状态控制器设计 42.2 交通灯状态显示及置数控制电路 52.3 交通灯定时电路及总电路图 72.4 仿真10三安装调试步骤12四电路故障分析及电路改进13五总结与设计心得14六附录1516七渗考文献一、设计原理及框图 根据设计要求，设计一个交通灯信号控制器，主、支干道交 替通行，主干道每次放行 25 秒，支干道放行 25 秒，绿灯亮表示 通行，红灯表示停止。每次绿灯变红时黄灯先亮 5 秒。该交通灯 控制系统的组成框图如图 1 所示。状态控制器主要记录交通灯的 工作状态，通状过状态译码器点亮相应状态的信号灯，秒信号发 生器产生整个定时系统的时间

2、脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减 计数，达到每一种工作状态持续时间。减法计数器的回零脉冲使 状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作 状态决定下一次减计数的初始值。减法计数器的状态由 bcd 译码器 译码，数码管显示。图1其中秒信号发生器由 555 定时器及电容、电阻、电感组成， 减法计数器所用芯片为同步十进制计数器 74192，状态译码器为 74138，状态控制器为同步十进制加法器 74160，显示器为四段共 阴极显示器，所有的器件功能都可以在电子技术基础实验查 找。二、 单元电路设计1、状态控制器设计 根据设计要求，用 555 定时器设计信号源。频率为 1HZ。 如图：A1R

3、TUA=1O|JFR11kilR2S.SkAiC2=TSQpF根据设计要求，各信号灯工作顺序流程如图2,信号灯四种不 同状态分别用SO （主干道绿灯亮，支干道红灯亮），Sl（主干道黄 灯亮，支干道还是红灯），S2 （主干道红灯亮，支干道绿灯亮），S3 （主干道还红灯亮，支干道黄灯亮）表示，其状态编码及状态转 换图如图3所示。图3根据上述流程图和状态转换图，我们可以用一个两位十进制 计数器实现，用2个3线8线译码器74190译码器与显示电路相 连。电路图如下。其中74190的CLK接受来自减法计数器的借位输出，74190 的Y0、Y1、Y2、Y3去置数和控制信号灯的状态。当减法计数器 高位同时出

4、现借位时就会给elk 一个脉冲，经过74138译码后控制 交通灯的状态变化以及置数的变化，从而控制整个系统，其中74190的QA,QB端经过一个与非门接其置数端，当QA, QB同时 为1时，计数器置数回到0,从而控制电路的状态循环，同时QA， QB的变化经过译码器74190后控制整个电路及交通灯的循环。2、交通灯状态显示及置数控制电路整个交通灯状态分为四部，真值表与状态如图4。主、支干道的红、 黄、绿信号灯主要由状态控制器输出决定。用1表示灯亮。用0 表示灯不亮。信号灯信号真值表状态控制器输出主干道信号灯支干道信号灯Y0Y1Y2Y3R（红）Y （黄）G （绿）r（红）y （黄）g （绿）100

5、0001100010001010000101000010001100010图4由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为：G=YOY1Y2Y3Y=YOY1Y2Y3R=Y0Y1Y2Y3+ Y0Y1Y2Y3g=Y0Y1Y2Y3 y= Y0Y1Y2Y3r= Y0Y1Y2Y3+ Y0Y1Y2Y3据上述逻辑函数表达式经化简根后可画出交通灯信号控制 图，如图5所示。图5交通灯状态显示电路图其中最左端四个非门输入由上而下分别为 Y0、Y1、Y2、Y3。 而Y 0Y1 Y2 Y3又是译码器74138的四个输出，所以受状态控制 电路的控制。由于译码器输出是低有效，所以都接了非门使其变 成高电平。这样就可以很好的控制

6、交通灯的显示。3、交通灯定时电路及总电路图 根据设计要求交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间 的定时器，以完成主干道20秒， 5秒， 25秒，支干道25秒， 20 秒， 5秒的定时任务。该定时器由4片74192构成的二位十进制可 预置数减法计数器完成；时间状态由带译码器的 led 数码管对减法 计数器进行译码显示；预置到减法计数器的时间常数，通过状态 控制电路的译码器74138的输出端YO、Y1、Y2、Y3经过与非门、 非门等组合逻辑来完成的。当状态控制器74160的输出 QAQB=00 时经过译码器74138后此时的输出为Y0Y1Y2Y3=0111，经过非门 以后变成Y0Y1Y2Y3

7、=1000此时只有Y0对置数有效，同理， 状态控制器状态变化时，置数也跟着变化，而状态控制器的脉冲 恰好来自减法计数器的借位端，这样就形成了置数的循环控制。 实现了交通的定时循环系统。其实交通的定时系统分为4部，主干道为20秒、5秒、25秒、 O 秒，对应支干道为 25 秒、 O 秒、 2O 秒、 5 秒。正好用译码器的 四个输出端Y0Y1Y2Y3来控制，因为Y0Y1Y2Y3为低有效所以经 过非门后 只有其中一个端口有效置数，真值表可以简单的画成图 6 的模式交通灯定时显示真值表74138状态 输出DCBA74192输入端口DCBADCBADCBAY0=1OO11000100110110Y1=

8、10000010100000000Y2=10001100000010011Y3=1OOOO000000000101图6根据真值表可以直接确定Y0Y1Y2Y3的接法，从而得到以下交通灯的显示定时电路图，以及交通灯总电路图。s交通灯定时电路图1茹交通灯总电路图4.电路仿真：图1:主干道绿灯亮20秒，支干道红灯。m17十聲砧JI-SAL-eIAUL-JL o7JSE-J741W7403J图2：主干道黄灯亮5秒，支干道红灯。图3：主干道红灯亮，支干道绿灯亮20秒JS7A?4：自三=4iJ?17tWIM2A 匸1 7i&M-17 WtMlA741MH=zLA-Evi.II17&L图4：主干道红灯，支干道

9、黄灯亮5秒。_DXl_RFEi三、安装、调试步骤1、首先要确定仿真图的结果是否符合课程设计要求，仿 真图要尽可能的清晰，特别是线多的地方注意不要重叠，所以 要仔细看清每条线的走向。并确定仿真图中的元器件是否在学 校实验中心可以找到。若不能则要重新修改电路图。要2、按照仿真图，到实验中心领取所需的元器件，注意，领器 件时记得多领一两个备用，3、测验设备，领到器件和实验箱后，首先检查实验箱的各个 部件是否完好，特别是显示管，因为显示管特别容易烧坏，再测 验一下芯片插槽是否连结完好，第三，测线，用万能表或者显示 灯测验每一根导线连接是否良好，第四，测验芯片，按照各芯片 的功能测试芯片是否能正常工作，

10、不能工作的要及时向老师调换。4、排版、接线，首先，根据仿真图上各器件的位置，排好所 要用的芯片，注意尽可能的排得合理，稀松，因为我们所用的芯 片插板先对比较小的，且电路比较复杂。第二，接线时应该一个 一个模块接，接好后依次检查，切忌接完所有电路时在检查，那 样一旦接错检查就非常困难。5、调试，当接完所有的线后，打开电源，调试、验证电路是 否符合要求。6、验收，当电路完全符合要求且正确时，可让指导老师验收 并考虑做拓展功能。四、电路故障分析及电路改进故障：在连接好电路图后发现，所置的数并不是所要的数 计数器倒计时到 0 后，便不动了 ，分析：可能是减法计数器的置数连接错误，且与借位端相 连的控制

11、状态电路端接触不好。仿真软件与实际存在差异，如实 际中当某个芯片的管脚悬空时，系统默认为高电平 1。在我们所用 的仿真软件 EWB512 中却默认为0。这就直接影响置数的结果。以 及高有效的控制端。五、总结与设计调试心得由于我们刚学习过了数字电子电路对电子技术有了进一步的了解，但 那都是一些理论的东西。通过这次交通灯的课程设计，我们才把学到的东西 与实践相结合。从中对我们学的知识有了更进一步的理解。在此次的课程设计过程中，还参考一些电子设计书籍和互联网上的有 关器件及集成电路等方面的资料。通过这一系列的步骤使我更进一步地熟悉 了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自

12、己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是 一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步 骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们 对待问题时的态度和处理事情的能力。至于设计的成绩无须看的太过于重 要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个 部分的功能是如何实现的。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应 该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功 能的区别。另外，我们设计要从市场需求出发，既要有强大的功能，又要在 价格方面比同等档次的便宜。虽然我们现在作的不可能到市场上去销售，但 我们要为以后作设计培养出好的习惯。在这次设计过程中，我也有了更进一步的学习，这将给我在以后的工作 中和学习中带来一定的帮助。六、附录1、实验器件清单同步十进制加减法计数器 74190（4 个）与门 7408J（8 个） 与非门 7402N（2 个）或非门（3 个）非门（2 个）或门 7432N（2 个）555 定时器（1 个）指示灯（6 个）电容（2 个）电阻（2 个）导线若干七.参考文献电子技术课程设计 历雅萍 易映萍电子技术课程设计指导 彭介华 主编 高等教育出 版社电子线路设计.实验.测试 谢自美 主编 华中理 工出版社