数字交通灯通信电子线路综合设计.doc

1、前 言数字电子技术是一门应用范围极广，发展及其迅速，具有较强实践性技术基础课，所以既要加强基础理论的系统学习，又要加强实践技术的训练。通过实验使学生在实验方法和实验技术上得到训练，进而培养学生理论联系实际的能力。 在实际工作中，电子技术人员需要分析器件、电路的工作原理；验证器件、电路的功能；对电路进行调试、分析，排除电路故障；测试器件、电路的性能指标；设计、制作各种实用电路的样机。所有这些都离不开实验。此外，实验还有一个重要任务，是要培养正确处理数据，分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时养成我们勤奋、进取、严肃认真、理论联系实际的作风和为科学事业奋斗到底的精神。在信息高速发展的社会，

2、尤其是电子与信息技术的快速发展,大规模集成电路的出现，TTL数字集成电路也得到了相应的发展。TTL数字集成电路以其具有较高的工作速度及较低的平均功率而被广泛用于各种数字电路中。用得最多的是CT74LS系列产品，CT74LS系列，一方面，电路中采用了抗饱和三极管提高工作速度，另一方面，通过加大电路中电阻的阻值来降低电路的功耗。从而达到使电路既具有较高的工作速度，又有较低的平均功耗。而且体积小，价格低廉，稳定性可靠。本说明书主要介绍利用555芯片。CT74LS系列的这些优点，如何进行设计交通灯的，本设计主要利用到的芯片是74LS190、74LS00、74LS02等芯片和元件。通过设计原理图、画PC

3、B图、制板和调试四个步骤完成本设计。交通信号灯控制器的设计是数字电子技术一个基础的设计课程。设计要求有以下五点：1、用红、黄、绿三色发光二极管作信号灯，设计制作一个交通灯控制器。2、当A干道允许通行亮绿灯时，B干道亮红灯。而B干道允许通行亮绿灯时，A干道亮红灯。3、两者交替允许通行，每次放行25秒。4、在每次由亮绿灯变成红灯时的转换过程中间，要亮5秒的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外。5、安装自己设计的电路并通电调试。 作者:曾娜 2010年6月10日目录前 言2第1章 设计报告51.1 课程性质51.2 课程目的51.3课程设计题目5第2章芯片介绍72.1 74LS74双D

4、触发器72.2 74LS190同步可逆计数器82.3 74LS86二输入四异或门102.4 74ls00 二输入与非门102.5 74LS04六倒相器112.6 74LS02 二输入或非门122.7 555定时器13第3章 方案153.1状态编码与信号灯153.2 倒计时计数器153.3 秒脉冲闪烁二极管173.4 交通灯控制系统原理图183.5 交通灯控制系统的PCB图19第4章 仿真过程与效果分析204.1 仿真过程204.2仿真电路图214.3误差分析22体会总结23鸣 谢24参考文献25附录 元器件清单26第1章 设计报告1.1 课程性质 数字逻辑课程设计1.2 课程目的训练学生综合地

5、运用所学的 数字逻辑的基本知识，使用电脑PROTUES仿真技术，独立完整地设计一定功能的电子电路，以及仿真和调试等的综合能力。本次电脑仿真所用的软件版本为PROTUES1.3课程设计题目 题目:交通灯控制电路的设计要求：1、设计一个路口的交通灯控制电路，要求东西方向车道运行，每次通行时间都设为25秒。时间可设置修改。2、在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；3、黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）。1.4设计原理与参考电路 1.4.1、分析系统的逻辑功能，画出其框图，如图1-1

6、交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。它主要由倒计时计数电路、信号灯转换器和秒脉冲信号发生器组成。秒脉冲信号发生器是该系统中倒计时计数电路和黄灯闪烁控制电路的标准时钟信号源，倒计时计数器输出两组驱动信号T5和T0，经信号灯转换器控制信号灯工作，倒计时计数电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。 倒计时计时器秒脉冲发生器信号灯转换器东方向车道信号灯西方向车道信号灯T5T0 图1-1 1.4.2、信号灯状态与车道运行状态如下：S0：东方向车道的绿灯亮，车道通行，西方向车道的红灯亮，车道禁止通行， S1：东方向车道的黄灯亮，车道缓行，西方向车道的红灯亮，车道禁止通行， S2：东方向车道的

7、红灯亮，车道禁止通行，西方向车道的绿灯亮，车道通行， S3：东方向车道的红灯亮，车道禁止通行，西方向车道的黄灯亮，车道缓行， Ga=1：东方向车道绿灯亮,Gb=1：西方向车道红灯亮;Ya=1：东方向车道黄灯亮,Gb=1：西方向车道红灯亮;Yb=1：西方向车道绿灯亮,Ra=1：东方向车道红灯亮;Rb=1：西方向车道黄灯亮,Ra=1：东方向车道红灯亮;第2章 芯片介绍本次设计选用芯片有：74LS74、74LS48 、74LS190、74LS27、 74LS86、74LS00 、74LS04、 74LS02、555芯片介绍如下：2.1 74LS74双D触发器74LS74正沿触发74LS74集成芯片是

8、一个带置位，复位输入端的双D触发器，每一个D触发器均为上升沿触发的维持阻塞D触发器其功能真值表如表2-1所示，逻辑符号如图2-1所示。当异步置位端是和时，表示高电平有效。表2-1 D触发器真值表图2-1 D触发器管脚本设计中应用74LS74的输出值来控制各路指示灯的逻辑选通。图2-22.2 74LS190同步可逆计数器 74LS190同步可逆计数器的各管脚如图2-3所示图2-3 74LS190各管脚74LS190是单时钟四位同步加/减可逆计数器，它可输出8421BCD码，本设计用该芯片的减计数功能实现了倒计时功能，并灵活的利用了置数功能。设计中有两次置数分别为20秒和5秒。置数的信号都来自D触

9、发起，在此不多说电路具体见第四章第三节。 74ls190功能表如图2-4图2-42.3 74LS86二输入四异或门74ls86是常用的 TTL 二输入端四异或门 在数字电路中常用。对应的coms器件是74hc86特点是电源功耗很低，此设计考虑芯片的匹配就没有使用coms器件。74LS86管脚及功能图如图2-5 图2-5 74LS86管脚及功能图2.4 74ls00 二输入与非门 74ls00 是常用的二输入与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。74LS00引脚剖析图、管脚图分别如图2-6和图2-7所示Vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y14 13 12 11 10 9

10、 8 1 2 3 4 5 6 7 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND图2-6 74LS00引脚剖析图图2-7 74LS00管脚图74LS00真值表见表2-1A1B=1Y=0A0B=0Y=1A1B=0Y=1A0B=1Y=1表2-22.5 74LS04六倒相器 74LS04是6非门(反相器)他的工作电压5V，他的内部含有6个coms反相器， 74LS04的作用就是反相把1变成0，下面图2-8是芯片的管脚图图2-8 74ls04引脚图通常在各种功能的数字电路系统中.74ls04是带有6个非门的芯片，引脚功能图详见下面图2-9:图2-9 74LS04管脚图 2.6 74LS02 二输入或非门

11、74ls02引脚功能：实现二输入或非门功能，顾名思义就是实现电路的或非门的功能。管脚图如图2-10所示图2-10真值表见表2-3：表2-32.7 555定时器 555的内部结构如图4。其中，三极管T起开关控制作用， A1为反相比较器， A2为同相比较器，比较器的基准电压由电源电压+VCC及内部电阻的分压比决定。 RS 触发器具有复位控制功能，可控制T的导通与截止。 555定时器的电压范围较宽，在+3V+18V的范围内均能正常工作，其输出电压的低电平 V0L0，高电平VOH+VCC,可与其它数字集成电路一起用，而且输出电流可达100mA，能直接驱动继电器。555的输入阻抗高，输入电流为 0.1u

12、A，作定时器用时，定时时间长而且稳定。555的静态电流较小，一般为80uA 。设计系统的秒脉冲电路见图2-11。图2-11 NE555内部结构图秒脉冲电路如图2-12图2-12第3章 方案3.1 状态编码与信号灯 选双D触发器设状态编码为：S0=00S1=01S2=11S3=10，其输出为Q1 Q0，则其状态表为如表3-1所示：现态次态输出Q1nQ0nQ1n+1Q0n+1GaYaRaGbYbRb0011100001111001000110010011000100001010表3-1 状态编码与信号灯关系表3.2 倒计时计数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

13、：当某方向绿灯亮时，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“”和“”，十字路口绿、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模5的定时信号T5和模0的定时信号T0。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。计数器选用集成电路74190进行设计较简便。74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。 CTEND/UCLKLOADA B C DQA QB QC QD0XX0X X X X

14、A B C D01POS1X X X XCount Down00POS1X X X XCount Up1XXXX X X XQa0 Qb0 Qc0 Qd0表3-2 74190的状态表现选用两个74190芯片级联成一个从50倒计到00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9， 0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借

15、位。具体连接方法如图1-5所示。信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来，决定倒计时是置数，还是计数。工作开始时，LD为0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去预置数（即车的通行时间）功能：十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。预置数的范围为698。假如把通行时间设为25秒，就像图-5的接法，A接0，B接1，C接0，D接0，E接0，F接1，G接0，H接1。（接电源相当于接1，悬空相当于接）向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0;T0表示倒计时减

16、到数“00”（也即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置数），T0=1，此时T0给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把两个74190计数器的8个输出端用一个或非门连起来。T5表示倒计时减到数“05”时。T5=1，此时T5给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯的不变。接法为：当减到数为“05”（0000 0101）时，把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、QD用一个或非门连起来，再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与门连接起来。3.3 秒脉冲闪烁二极管 考虑到电路的调试的方便，在秒脉

17、冲输出处加入了秒脉冲指示电路电路如图3-1 图3-13.4 交通灯控制系统原理图图3-23.5 交通灯控制系统的PCB图 图3-3第4章 仿真过程与效果分析4.1 仿真过程1.根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有2个时间显示器，6个发光二极管。但由于2个时间显示器是由同一个倒计时计数器控制，所以我在设计图1-8电路的过程中就只接了1个时间显示器。另外由于人行道的红绿灯跟车道的红绿灯是同步的，分别是：东西方向人行道的绿灯接车道的红灯，红灯接南北方向车道的红灯；南北方向人行道的绿灯接车道的红灯，红灯接东西方向车道的红灯。所以在图1-8电路中就只接了6个灯。 2.点击启动按钮，便可以进行交通灯控

18、制系统的仿真，电路把通车时间设为25秒，开启是东西方向车道的绿灯亮，南北方向车道的红灯亮，时间显示器从预置的20秒，减到数0，然后从新置数为5秒，此时东西方向车道的绿灯转换为黄灯，减到数1时，1秒后显示器又转换成预置的20秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，南北方向车道的红灯转换为绿灯。如此循环下去。4.2 仿真电路图4.3 误差分析修改通车时间为其它的值再进行仿真（时间范围为6-98秒），通电后，东西方向车道的绿灯亮，时间倒计数5，车灯进行一次转换，到0秒时又进行转换，而且时间重置为预置的数值，如此循环。据公式：F=1/(R1+2R2)Cln2 F=1.43/(R1+2R2)C 且 F=1/T

19、所以 T=(R1+2R2)C/1.43其中R1=68K R2=15K这样得出的一秒的时间会与现实中所经过的一秒的时间之间存在误差。误差之一是：本身在计算的过程中就有误差；误差之二是：在选择电阻时，电阻的值不精确；误差之三是：电容的值及555定时器芯片的性能也是不精确体会总结 很荣幸这个学期我们的专业课开设了本次设计课程，这一次的设计对于我来说是一种考验。为我以后能设计出更多更好的数字电子产品打下了坚实的基础；也使我体会到了团队合作精神；更重要的是大大提高了我在设计方面的信心。 现代社会是一个电子盛行的社会。随着现代电子设计技术的不断发展，对于我们新一代的电子设计人才来说是一种挑战，也是一种机遇

20、，相信会更加激发我们的斗志！在这次课程设计有许多不尽人意的地方。比如：校时电路存不能进行数据选择、按键没有防抖电路等。有不少不足的地方还请了老师批评指正。我会更加努力，不断完善自己，争取把我所设计的电路达到老师的要求。 在这次课程设计中,我学到了在课本上学习不到的东西。因本次设计中我主要负责了制板，使我更熟练的掌握Protel 99制板的过程和某些技巧，同时提高了获得有用资料的能力；也在动手技能方面有了很大进步，更认识到了理论知识的重要性，本次设计还用到了仿真软件Proteus和EWB 以及PS画图工具。在画PCB的时候，布线是一个很重要的环节，如果你布线整齐、布局合理美观就给别人留下了好的第

21、一感觉。在这一点上本作品本人自己觉得还可以，但肯定还有需要学习的地方，望老师和同学提出指正。 我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。 这次课程设计给我带来了很大的收获，让我学到了很多，不仅掌握了简单的电子电路的设计与制作，也掌握了一些芯片的原理与作用。在制作电路时，我深深体会到连接电路时一定要认真

22、仔细，而且要确保每条导线接触良好。在接电路之前，一定要把电路的原理搞清楚，通过查资料把电路中的每个元件的作用弄明白和把每个芯片的管脚的功能弄清楚，明白每个元件的各个管脚与它那里相对应，其实最主要的是要搞清楚元件与元件之间的连接关系，它们接在一起可以实现哪些功能，明白后，就可以去接电路了。接线时不仅要仔细并且还要有耐心，不能急于求成，只要做到了这些才能保证电路成功率比较高。在电路设计中，我觉得电路检查是非常重要的一步，从中我们可以学到很多东西，可以提高自己发现问题解决问题的能力，使自己的动手能力有一定的提高。 总而言之，通过这次的实际操作让我学到了很多是从书本上所学不到的，这将对我终身有益！鸣

23、谢我和组员一起团结,互相学习,互相帮助,分工合作,有秩序且高效的按时按量的完成了老师交给我们的任务,这是我们在大学的第二次课题设计,汲取了第一次的经验教训，虽依然存在很多不足，但比上次进步了许多，特别是有老师的精心制导，我才能够比较好的完成了这次课题设计，谢谢！同时我也感谢我的组员由于你们的努力和辛勤的付出我们的设计才能提前完成由于时间仓促及个人水平有限，文档内容难免有些小错误，敬请老师提出批评并指正，我将不胜感激。 参考文献1 华永平.电子线路课程设计仿真、设计与制作M.南京：东南大学出版社，20022 华容茂、邵晓根、左全生.电路与模拟电子技术教程M.北京：电子工业出版社，20003 李组

24、林、雷军、王韧.EDA与单片机技术实验指导书M.湖南：湖南工学院电工电子实验室，20054 美J.马库斯.电子电路大全卷3通用电路M.北京：计量出版社，19855 美J.马库斯.电子电路大全卷4通用电路M.北京：计量出版社，19896谢自美.电子线路设计实验测试（第二版）M.武汉：华中科技大学出版社，2004年7月7黄南志.protel for Windows-Schematic使用技巧M科学出版社，19978康华光.电子技术基础-模拟部分（第四版）M.北京：高等教育出版社，19999阎石.数字电子技术基础（第四版）.M.北京：清华大学出版社，199310攀松、黄继业.EDA技术实用教程M.北

25、京：科学出版社，200211阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，198912张乃国.电子测量.北京：人民邮电出版社，198513彭介华.电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，199714华容茂.电工、电子技术实习与课程设计.北京：电子工业出版社，200015杨志忠.数字电子技术.北京：高等教育出版社，200016章忠全.电子技术基础.北京：中国电力工业出版社，199917谢自美.电子线路设计、实验、测试.武汉：华中理工大学出版社，199418周建民.可编程逻辑器件与开发技术.北京：人民邮电出版社，199519李亚伯.数字电路与系统.北京：电子工业出版社，1998 10、清华大学

26、电子学教研组编，阎石主编.数字电子技术基础.第4版.北京：高等教育出版社，199820章忠全.电子技术基础实验与课程设计 北京航空航天大学出版社，2001 21王新贤.通用集成电路速查手册 山东科学技术出版社，1998 22康华光.电子技术基础（数字部分） 高等教育出版社，1999附录 元器件清单74LS48（2片） 、74LS190（2片）、74LS74（1片）、 7427（1片）、 74LS86 （1片）、74LS00（2片） 、74LS04（2片）、74LS02（1片）、555（1片）共阴七段数码管（个）发光二极管（个）电阻（6个）阻值分别为、470（4个）电容（3个）值分别为、.、9 U F（2个）电源（个）25 通 信 电 子 线 路 综 合 设 计勤学 务实 圆融 卓越