电子技术课程设计——交通灯电路系统设计.pdf

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1、电子技术课程设计交通灯电路系统设计 1 引言 在如今的 21 世纪，现代社会已不是我们以前的体力劳动时代，电子类产品深入生活的方方面面，计算机，电视，广播，彩灯控制，声控开关，光控开关，家电以及军事系统等等，无所不在，各有各的功能和用途。电子技术设计的出现，在现实生活生产中以加快生产的步伐，从而提高效益。而今它以不仅仅是工业的需求，甚是日常生活的需要。尤其是 21 世纪以来随着电子技术的不断发展，生活中对各种电子用品的要求也越来越高。我国现在正是经济腾飞时期，各个方面都要和世界其他各发达国接轨，信息通讯，交通工程建设，等等方面都要有一定的进展，现在又是经济危机时期，严峻的就业形势让我们当代大学

2、生更注重自己的专业技术和创新能力，更应大力发展我国电子产品和元器件的开发研制和设计，现在我国公路交通网的交通灯也在改善和设计之中，因此，有了这次对交通灯电路设计的课程设计。为了更好的培养出现代化应用型技术人才，适应现电子技术飞速发展的需要，为此我学院电子系学生进行强化训练，要求每个学生都要学以致用，把理论和实践相结合，以达到培养学生的工程思维方法、工作方法和运用所学知识解决实际问题的能力。“电子工作台”Mmultisim10 电子电路仿真软件能更好的实现此目的，让我们能更好的和实际联系起来，增长我们的动手能力。电子技术课程设计交通灯电路系统设计 2 Mmultisim10 电子工作台，它虚拟了

3、一个可以对模拟电子电路和数字电子电路进行模拟仿真的工作台，具有叫完善的各种能够元器件和几种常用的分析仪器。能进行电子电路设计，并对其进行较详细的分析，还能将设计好的电路文件直接输出到常用的一些电子电路排版软件，排出印制电路版图，为实现电子电路的设计提供了很大的方便。电子技术课程设计是数字电子技术课程的实践环节,是对学生学习电子技术的综合训练.学生根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求,独立进行电路设计,工程估算,实验测试与调整,制作(在实验板上)电子产品和写出实验总结报告.通过这一电路综合性实践训练,要达到深化所学的理论知识,培养综合运用所学知识的能力,掌握一般电路的分析方法,增强独立分析问题与

4、解决问题的能力。通过这一综合训练培养学生严肃认真的工作态度和科学作风,为今后从事电路设计和研制电子产品打下初步基础，电子技术的发展将给我们的生活增添色彩。电子技术课程设计交通灯电路系统设计 3 目 录 一.题目：交通灯控制电路设计.4 二.地点：陕西航空职业技术学院.4 三.指导老师：田平.4 四.设计摘要.4 五.要求.4 A 设计要求.4 B 实验预习要求.4 六.关键字.5 七.目的.5 八.设计内容.5 8.1.方案设计.5 8.1.1 设计步骤.5 8.2.设计流程图.6 8.2.1 仿真与调试.7 8.3.设计的交通灯电路图.7 8.4 芯片介绍.8 85 译码器.10 851 7

5、4LS138 译码器的介绍.10 8.5.2 半导体数码管显示器.11 8.5.3 计数器.11 8.5.4 原理分析.12 九、总结.13 十、心得体会.13 十一.总图.15 十二.参考文献.18 电子技术课程设计交通灯电路系统设计 4 一.题目：交通灯控制电路设计 二.地点：陕西航空职业技术学院 三.指导老师：田平 四.设计摘要 分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案，给城市交通建设出一点自己的注意，加入自己的创新。五.要求 A 设计要求 1设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交

6、叉道路上的车辆交替运行；2要求红灯 20 秒，绿灯 16 秒，黄灯亮 4 秒，才能变换运行车道；3红黄绿循环亮。B 实验预习要求 1复习数字系统设计基础。2复习多路数据选择器、二进制同步计数器的工作原理。3根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图。C 元器件的选择要求 选择合适的元器件，调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分的验证正确的同时，输入信号和输出方式便于电路的测试与故障排除。电子技术课程设计交通灯电路系统设计 5 六.关键字 交通控制 交通灯 数码显示管 门电路 七.目的 设计一个十字路口的交通灯控制电路，对所学知识能够灵活运用，电子技术课程设

7、计是电子技术课程的实践环节,是对学生学习电子技术的综合训练.学生根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求,独立进行电路设计,工程估算,实验测试与调整,制作(在实验板上)电子产品和写出实验总结报告.通过这一电路综合性实践训练,要达到深化所学的理论知识,培养综合运用所学知识的能力,掌握一般电路的分析方法,增强独立分析问题与解决问题的能力.通过这一综合训练培养学生严肃认真的工作态度和科学作风,为今后从事电路设计和研制电子产品打下初步基础。通过这次课程设计来培养自己的 动手能力，加深了对书本知识的理解和掌握，体现队合作精神，激发了学生学习的兴趣。同时，掌握数字系统的分析和方法，并能够熟练、合理的选用集成电

8、路器件，以及对 EWB 软件的熟悉运用。八.设计内容 8.1.方案设计 用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。两条公路干线的交叉口，两面各有红、绿、黄三个灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外。由于两条道路车辆相当，所以两条道路的红绿灯保持时间均相同。当甲支干道允许通行亮绿灯时，则另一支干道亮红灯。而乙支干道允许通行亮绿灯时，甲支道亮红灯，两者交替重复。在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，需要亮 4s 的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外，保持安全，以免造成不必要的事故。通过两个 74LS192 芯片来实现对红绿灯两个状态灯时间段的

9、控制。用此芯片设计一个二十进制的减法计数器。通过一个 74ls138 芯片实现对黄灯 4 秒的控制。8.1.1 设计步骤 1、方案设计：根据设计任务书给定的技术指标和条件，初步设计出完整的电路。电子技术课程设计交通灯电路系统设计 6 这一阶段的主要任务是准备好实验文件，其中包括：画出方框图；画出构成框图的各单元的逻辑电路图：画出整体逻辑图：提出元器件清单：画出个元件之间的连接图。要完成这一阶段的任务，需要设计者进行反复思考，大量参考文献和资料，将各种方案进行比较及可行性论证，然后才能将方案定下来。2、方案试验：对所选定的设计方案进行安装调试。由于生产实际的复杂性和电子元件参数的离散性，加上设计

10、者经验不足，一个仅从理论上设计出来的电路往往是不成熟的，可能存在许多问题，而这些问题不通过试验是不容易发现的，因此，在完成方案设计之后，需要进行电路的装配和调试，以发现试验现象与设计要求不相符合的情况。需要指出的是，在装配电路的时候，一定要认真 仔细、一丝不苟，不要出现错接或漏接，以避免出现人为的故障。对某些比较复杂的电路可以先对各单元的电路分别进行安装调试，达到指标后，再联系起来调试。试验中出现了问题和故障，不要急躁，要善于运用理论语实践相结合的方法，去分析原因，要学会区分时由于接线错误的故障还是由于器件本身损坏而造成的故障，这样就可以尽快找到决绝问题的方法和途径。5、方案设计的基本方法 本

11、题采用设计数字系统的自下而上的方法来（试奏法）进行设计，集体步骤如下：1、明确设计系统的总体方案。2、把系统方案划分成若干对独立单元，每个单元的功能在由若干个标准器件来实现，划分成单元的数目不宜太多，但也不能太少。3、设计并实施各个单元电路。在设计中应尽可能多的采用中大规模的集成电路，以减少器件数目减少连接线，提高电路的可靠性，降低成本这要求设计这要熟悉期间的种类、功能和特点。4、把单元电路组装起来后一致，电路特性上要匹配。此外，还应考虑防止竞争冒险及电路，设计者应考虑各单元的连接问题。各单元电路在时序上应协调的自启问题。5、衡量一个电路的好坏，主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠的工作。

12、此外还应考虑经济实用容易操作、维修方便。为了设计比较合理的电路，设计者除了要具备丰富多经验与较强的想象力之外，还应尽可能多的熟悉各种典型电路功能。只要将所学的知识融会更贯通，反复思考，周密设计，一个好的电路方案是 不难得到的。8.2.设计流程图 通过对实际情况的了解和分析，得出下面这张设计的流程图，为以后的设计做出轮廓。电子技术课程设计交通灯电路系统设计 7 图 82 8.2.1 仿真与调试 在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行整个交通路灯的接线与调试。8.3.设计的交通灯电路图 通过对 8-2 流程图的研究，得出图8-3-1，如下图 红绿 绿红 红黄 黄红

13、电子技术课程设计交通灯电路系统设计 8 图 831 8.3.所用元器件 元件名称 数量 74LS192 2 74S113D 1 74LS138 1 74LS08 2 74LS04 5 74LS15 2 74LS10 1 74LS20 1 红绿黄灯 各 2 个 导线若干 8.4 芯片介绍 8.4.1.74LS190 芯片介绍 电子技术课程设计交通灯电路系统设计 9 74LS190 的真实图，而其逻辑图和原理图分别如图8-4-1b 所示:74LS190 功能表 由上表图可知 74LS190 主要功能有：（1）异步置数功能。当 LD 的非=0 时，不论有无时钟脉冲 CP 输入，并行输入的数据 d0d

14、3 被置入计数器，即 Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0.（2）计数功能。当 CT 的非=0，LD 的非=1。当 U 的非/D=0 时，由 CP 端输入计数脉冲，则进行十进制加法计数。在计到最大数 9（即 Q3Q2Q1Q0=1001）时,CO 的非端变为低电平。当输入第 10 个计数脉冲时，CO 的非由低电平跃为高电平 ，其输出上升沿的进位信号，使相邻加 1，同时，计数器回到 Q3Q2Q1Q0=0000。当 CT 的非=1，LD 的非=1，由 CP 端输入计数脉冲，则进行十进制减法计数。在计到 Q3Q2Q1Q0=0000 时,BO 的非端变为低电平。如再输入一个计数脉冲时，BO的非输出一个上升

15、沿的借位信号，使相邻高位减 1，同时计数器回到最大数Q3Q2Q1Q0=1001.计数器级联时，需将的非和的非依次和，相连。（3）保持功能。当CT 的非=1，LD 的非=1，计数器保持原状态不变。这时禁止计数。电子技术课程设计交通灯电路系统设计 10 85 译码器 译码器是将表示特定意义信息的二进制代码翻译出来。851 74LS138 译码器的介绍。74LS138 引脚图 说明:A，B，C 为二进制代码输入端，Y0 到 Y7 为输出端，低电平有效，G1，G2A，G2B为三选通控制端（使能端），STA 高电平有效，STB 和 STC 为低电平有效。黄灯是由 CT74LS138 与一个非门进行控制，

16、我们设置的黄灯在倒计时 4 秒开始运行，持续亮 4 秒，138 的 A，B，C，G2A 输入端由 190 的 QA，QB，QC，QD 进行控制。我们设置的是 190 的输出端 10010001 期间工作。所以 138 的输出端Y0-Y3 用 74LS20 或门实现；再与 192 十位输出信号相连，当十位输出为零时，产生信号为低电平，这时接一个非门使之产生高电平，再与 138 端口输出信号或门相与，实现黄灯在倒计时 3 秒开始闪烁。如下图所示：U274LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5U3A74LS20NVCC5V0VCC1

17、234U4A74S04N6910118X12.5 V U1B74LS15D571213电子技术课程设计交通灯电路系统设计 11 8.5.2 半导体数码管显示器 因为计数器全部采用的是十进制集成片，所以“秒”、“分”、“时”的个位和十位都是由四个触发器组成单元，都有四个状态输出端。这每组（四个）输出的计数状态，都是按 8421 码的规律输出四个相应的高低电平。将此电平接至专门设计制造的译码电路，即可产生驱动七段数码显示器的信号，从而使与其相接的显示器呈现出对应的十进制数字。这一译码显示电路可选用 CC14547。右下图所示为由七段发光二极管组成的数码显示器的外形，利用字段的不同组合，可分别显示出

18、09 十个数字。如图3.3 所示。其功能表如表3.3 所示。半导体数码显示器的优点是工作电压较低、体积小、寿命长、工作可靠性高、响应速度快、亮度高。它的主要缺点是工作电流大，每个字段的工作电流约为 10mA左右。夜晶是液态晶体的简称。它是既具有液体的流动性、又具有某些光学特性的有机化合物，其透明度和颜色受外加电场的控制，利用这一特点，可作成电场控制的7 段夜晶数码显示器，其字型和 7 段半导体显示器相近。夜晶显示器的主要优点是功耗极小，工作电压低。它的主要缺点是显示不够清晰，响应速度慢。8.5.3 计数器 计数单元有秒计数部分。秒计数单元为 60 进制计数器，其输出为 8421BCD 码。采用

19、四进制计数器 74LS192 来实现时间计数单元的计数功能。秒的四进制电路图如下图 8-5-1：图 8-5-1 电子技术课程设计交通灯电路系统设计 12 8.5.4 原理分析 1分析系统的逻辑功能，画出其框图 交通灯控制系统的原理框图如图所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。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。2 总体设计方案 (4.1)设计步骤与原理【4.1.1】分析设计要求，列出真值表。如表 4.1.1.1 表 4.1.1.1 A

20、B R1 Y1 G1 R2 Y2 G2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0【4.1.2】根据真值表写出函数表达式 R1=A Y1=BA G1=AB R2=A Y2=AB G2=AB【4.1.3】要求：当甲车道的绿灯亮 16 秒时，同时乙车道红灯亮 16 秒。接着甲车道的绿灯仍然亮 4 秒，乙车道的黄灯亮 4 秒 紧接着甲车道的红灯亮 16 秒，乙车道的绿灯亮 16 秒。然后甲车道的红灯仍然亮 4 秒，乙车道的黄灯亮 4 秒。工作说明：（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红黄亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道

21、禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。（2）甲车道绿灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道车辆允许通行，乙车道未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行。绿灯亮足规定时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。脉 冲 发 生 器 倒 计 时 计 时 器 状 态 转 换 器 甲车道灯 乙车道灯 电子技术课程设计交通灯电路系统设计 13（3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停

22、止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态。九、总结 电子技术课程的一个重要教学环节是实践教学，它可帮助学生巩固和加深课堂所学的理论知识，掌握基本的安装调试技能，培养理论联系实际、分析问题、解决问题的能力。1、实验的设计思想与效果：配合课堂教学内容及时验证或进行实际应用，以帮助学生理解和掌握教师所教内容，并对抽象的内容进行具体的理解，达到配合和巩固理论教学内容的目的，效果良好。2、实习的设计思想与效果：配合课程的理论教学内容，在完成整门课程课堂教学的前提下，进行为期一周的电子实习，旨在系统复习和巩固

23、该课程的理论教学内容，突出电子技术课程的实践性，提高学生的动手能力和解决实际问题的能力，收到了良好的效果。3、课程设计的设计思想与效果：配合课程的理论教学内容，在完成数字电子技术整门课程课堂教学的前提下，进行为期一周的电子技术课程设计，旨在系统复习和巩固该课程的理论教学内容，突出电子技术课程的实践性，提高学生的动手能力和解决实际问题的能力，让学生掌握电子小系统的组成原则，学习查阅电子器件手册，掌握集成电路多余输入端的处理、电源去耦等方法，收到了良好的效果。十、心得体会 在本次实验中，我们懂得了团结的可贵，一个团结的集体，才能使一件事成功，电子技术课程设计交通灯电路系统设计 14 团结可以使我们

24、克服一切的困难。了解芯片的用法，培养我们的动手，这可以开发我们的思维，可以锻炼我们的动手能力，可以锻炼我们同学之间的团结、协作。希望以后还有这样的课程设计。在设计的过程中，我们六个人协作的很好，分工明确，在设计的时候，分成几组做；在试验的时候，一个人验线的好坏，一个人看电路图，一个人连线，一个人检查。加强了我们对电路的理解，使我深深的体会到了理论与实践的相关性，我希望以后我们多做一些这样的实验，这样可以使我们提高动手能力。在设计的过程中，我对所学知识有了更深的认识和掌握，更能熟练的应用所学的知识，让我们把所学的知识与实际操作结合，善于巧妙的应用所学的芯片连接电路，在实验的过程中难免会遇到一些问

25、题，当遇到问题时一定要用心排除，运用所学知识解决问题。从这次的课程设计中我意识到了要作好这次设计必须具有扎实的知识基础，更要有一个端正的态度去完成它，只有这样将来无论做什么事才会成功。通过严格的课程训练和工程实践，树立严肃认真，一丝不苟，实事求是的发展观。培养我们的动手能力和实际操作能力，还有策划能力，为以后的生产生活做铺垫。通过实践，使自己初步了解了各种元器件的辨别、读法、作用和电子电路的设计、制作，并培养了自己独立设计、制作电子产品的能力。在本次实践中，通过老师的指导，自己的努力与同学间合作设计成功。通过这次的课程设计，使我的逻辑思维能力增强，同时也使我对数电产生了更加浓厚的兴趣。让我们懂

26、得了：“学以致用”这个词，以及如何将理论知识运用到实际生活当中去，既考验了我们知识的扎实性又锻炼了我们的动手能力，也让我们在以后的工作当中有了基础性的东西，能够更快的适应所处的工作环境。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！感谢！电子技术课程设计交通灯电路系统设计 15 十一.总图 电子技术课程设计交通灯电路系统设计 16 十二.参考文献 1.卢庆林主编的数字电子技术基础实验综合训练 2004 年 5 月;2.杨志忠主编的数字电子技术第二版 2002 年 11 月；3.陕西航空职业技术学院电子技术教研室主编的数字电子技术实验指导；4.电子工业出版社出版的集成电路集锦；5.刘南平主编的现代电子设计与制作技术 电子工业出版社 2003 年；6.雍新正主编集成数字电路的逻辑设计 复旦大学出版社 1987 年;