用软件仿真音乐播放器电子综合设计实验报告.docx
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用软件仿真音乐播放器电子综合设计实验报告
电子综合开发实践报告
设计课题:
交通灯控制电路
专业班级:
电子信息2班
学生学号:
学生姓名:
设计时间:
2014年1月15
信息科学与技术学院
2014年1月
目录
一、设计任务及要求1
方案设计与论证1
2.1原理框图1
三、单元电路设计与参数计算3
3.1定时器3
3.2控制器3
3.3译码器3
3.4脉冲发生器的设计4
3.5计数电路的设计5
3.6控制电路的设计5
3.7显示电路的设计6
四、总原理图及元器件清单6
4.1总原理图7
4.2元件清单7
五、性能测试与分析8
六、结论与心得8
参考文献:
8
交通灯控制电路
一、设计任务及要求
本实验是实现对十字路口交通控制灯的设计,
(1).要求东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮,东西通车25s;
(2).东西方向黄灯闪烁,南北方向红灯亮,时间5s;
(3).南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,南北通车25s;
(4).南北黄灯闪烁,东西方向红灯亮,时间5s;
二、方案设计与论证
方案一:
基于时钟数字芯片电路
利用时钟数字芯片产生时钟信号,用计数器芯片及常用门电路构建交通灯状态机电路。
方案二:
基于单片机的交通灯
利用单片机作为控制系统,通过编程实现对交通灯时序的控制。
方案三:
基于Multisim的交通灯
用Multisim来仿真操作简单,可视化程度高,容易检查出电路错误,以便及时修改
综合以上几种方案,时钟芯片电路的设计过于复杂繁琐,在实际设计中容易出错;单片机方案虽然简洁,但是跟我们这门课关系不大;而Multisim的方案既简单,又合数字电路有很大的关系,是一种利用软件设计硬件的新方法,简单易行,且易于修改调试,所以本项目选择方案三。
2.1原理框图
分析系统的逻辑功能,画出其框图
交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。
它主要由控制器、定时器、译码电路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,译码电路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电路的工作。
图中:
TL:
表示东西方向或南北方向绿灯亮的时间间隔为24秒,即车辆正常通行的时间间隔。
定时时间到,TL=1,否则TL=0。
TY:
表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
定时时间到,TY=1,否则,TY=0。
ST:
表示定时器到了规定的时间后,由控制器发出状态转换信号,由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。
定时器
东西方向车道信号灯
秒脉冲
发生器
TLTYST
译码电路
控制器
南北方向车道信号灯
图2.1交通灯控制系统原理框图
一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1:
表1.1
控制器状态
信号灯状态
车道运行状态
S0(00)
S1(01)
S3(11)
S2(10)
东西绿,南北红
东西黄,南北红
东西红,南北绿
东西红,南北黄
东西通行,南北禁止通行
东西缓行,南北禁止通行
东西禁止通行,南北通行
东西禁止通行,南北缓行
控制器应送出东西、南北车道红、黄、绿灯的控制信号。
为简便起见,把灯的代号和灯的驱动信号合二为一,并作如下规定:
AG=1:
东西绿灯亮;BG=1:
南北绿灯亮;
AY=1:
东西黄灯亮;BY=1:
南北黄灯亮;
AR=1:
东西红灯亮;BR=1:
南北红灯亮。
三、单元电路设计与参数计算
3.1定时器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成,要求计数器在状态转换信号ST作用下,先清零,然后在时钟上升沿作用下,计数器从零开始进行增1计数,向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
3.2控制器
控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
列出控制器的状态转换表,如表2所示:
表3.1
输入
输出
现态
状态转换条件
次态
状态转换信号
TLTY
ST
00
00
01
01
11
11
10
10
0X
1X
X0
X1
0X
1X
X0
X1
00
01
01
11
11
10
10
00
0
1
0
1
0
1
0
1
根据转换表可得:
Q1*=Q1’Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0’Ty’
Q0*=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0+Q1Q0Tl’
ST=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0’Ty
3.3译码电路
译码电路的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态翻译成东西、南北车道上的6个信号灯的工作状态。
控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
表3.2
Q1Q0
AGAYAR
BGBYBR
00
01
11
10
100
010
001
001
001
001
100
010
根据表格可得:
AG=Q1’Q0’AY=Q1’Q0AR=Q1
BG=Q1Q0BY=Q1Q0’BR=Q1’
3.4脉冲发生器的设计
以555定时器接外接电路形成多谐振荡器,发出频率为2Hz的脉冲信号,用作计数器及D触发器的clk信号。
555定时器引脚图如图1所示,由脉冲频率公式:
f=1/(R1+2R2)C㏑2公式一
要使f=1Hz,可选择R1=55K,R2=47K,C=10μF,形成电路图如图2所示。
图3.1定时器电路
3.5计数电路的设计
用74ls163为计数器,74ls163为四位的二进制加法计数器。
要产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY,需将输出分别接成24及4的输出,由控制电路产生并选择清零信号ST。
74ls163引脚图如图3所示,计数电路如图4所示。
图3.2计数器电路设计
3.6控制电路的设计
用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行选择,输出控制清零信号ST;另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接,形成控制亮灯信号Q1、Q0。
74ls153、74ls74引脚图如图5、6所示,控制电路如图7所示。
图3.3图3.4
图3.5控制电路设计
3.7显示电路的设计
利用表3数据,可得
AG=Q1’Q0’AY=Q1’Q0AR=Q1
BG=Q1Q0BY=Q1Q0’BR=Q1’
则可得显示电路为下图8:
图3.6显示电路设计
四、总原理图及元器件清单
4.1总原理图
图4.1总电路图
4.2元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
555-TIMER-RATED
1片
U2
74LS163
2片
U3
74LS08D
7个
U4
74LS153D
2片
U5
74LS04D
3个
U6
R
1K
2个
电阻
U7
C
10uF
2个
电容
U8
PROBE
2.5V
6个
探针
五、性能测试与分析
由设计的总电路图,在Multisim上仿真结果与实验设计原理完全相符。
六、结论与心得
这次的课程设计可以算是最重视的一门课程,从一开始跟着老师学习设计所用软件的使用,到最后自己亲自动手设计题目,可以说这一过程中的收获远大于了我这学期所学,因为平时我们上课都学的是理论知识,上课时感觉不到它的功能有多大,但到了设计东西时才发现自己掌握的知识远远不够。
我要设计的是交通控制灯,刚开始时一点头绪都没有,花了将近一整天的时间在网上找了各种资料,了解到了设计的大概思路:
主要有产生时钟信号的电路、控制电路、计数器以及译码电路构成。
我查找了很多计数器的引脚功能以及它的主要使用方法,最后选择了两片74LS163芯片级联产生定时信号,产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY,需将输出分别接成24及4的输出。
控制电路用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行选择,输出控制清零信号ST;另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接,形成控制亮灯信号Q1、Q0。
显示部分由不同颜色的探针替代红黄绿灯。
在连接完Mulitisim图后要连接原理图来生成PCB图,这过程中花费了很长时间,原因可能是因为Altium.Designer.v6软件使用的不是很熟,第一次的原理图出了很多错,开始时试着更改,结果发现错误太多了,最后又重新连接了,这过程中我记起了老师说的在连线时需要一定的耐心,需要的不是一般的耐心。
到最后还是设计出了所需的电路。
这一次的课程设计只是我们大学生活的第一次课程设计,它说明我们离本专业越来越近了。
这些实践性的课程不仅使学习方法多样化,也为我们进一步理解专业知识和以后工作打下了良好的基础。
参考文献:
(1)《电子技术基础》(数字部分)康华光主编华中理工大学电子学教研室
(2)《电子技术基础》(模拟部分)康华光主编华中理工大学电子学教研室
七、PCB图及原理图
图7.1PCB图
图7.2原理图
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