电子信息工程课程设计.docx
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电子信息工程课程设计.docx
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电子信息工程课程设计
电子技术课程设计
——交通信号灯
学院:
信息技术学院
专业:
电子信息工程
班级:
09-1班
********
学号:
************
*********
一、实习要求:
设计一个由一条主干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口,为确保车辆安全、迅速的通行,在交叉路口的每个入口处设置了红、黄、绿三色信号灯。
红灯禁止通行,绿灯亮允许通行;黄灯亮则给行驶的车辆有时间停靠到禁行线之外。
主干道和支干道各设一个绿.黄.红指示灯,两个显示数码管。
任务和要求:
1.主干道和支干道交替放行,主干道每次放行30S,支干道每次放行20S;
2.每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒,此时红灯不变;
3.用十进制数字显示放行及等待时间。
二、实现原理:
要实现上述交通信号灯的自动控制,则要求控制电路由时钟信号发生器(定时器NE555构成的多谐振荡器)产生秒脉冲、计数器(两块级联成100进制倒计时器)、主控电路、信号灯译码器(两块74LS4511译码器)和数字显示译码器(两块七段数码管)以及74LS90加法器、与门电路(两片74LS08)和非门电路(一片74LS04)的主控电路等部分组成。
其中控制器是核心部分,由它来控制定时器和和译码器的工作;秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号;译码器输出两路灯的控制信号;定时器是这个设计方案中的难点,要找到合适的元器件来分别实现三种不同时间的定时功能,并且尽可能使电路不过于复杂。
三、原理框图以及电路图
原理框图:
电路图:
定时器NE555构成的多谐振荡器产生秒脉冲,两块74LS190芯片级联成100进制倒计时器,计时器输出的数据通过两块74LS4511译码器最终由两块七段数码管显示出来。
置数端由74LS90加法器和逻辑门电路组成,通过74LS190的反馈信号做脉冲,分别置20、5、30、5,然后清零,完成一个周期。
74LS190的输出状态控制着信号灯的转换。
四、工作原理
(1)十字路口设有两组红、黄、绿指示灯,分别是在东西方向和南北方向;用七段数码管显示通行时间,以秒单位作减法计数;
(2)主、支干道方向交替通行,主干道每次红灯亮30S;支干道每次红灯亮20S。
每个方向的显示周期为主干道20秒红灯,主干道黄灯5秒,支干道30秒红灯,支干道5秒黄灯的循环。
(3)每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5S,此时另一干道上的红灯不变。
(4)每条道路设一组信号灯,每组信号灯由红、黄、绿三个灯组成,绿灯表示允许通行,红灯表示禁止通行,黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行,未过停车线的车辆停止通行;
(5)每次变换通行车道之前,要求黄灯先亮5S,才能变换通行车道;
(6)黄灯亮时,要求每秒钟闪烁一次;
(7)电源:
6V交流电供电。
五、设计思路:
在某一十字路口交叉地带,可设计东西走向的道路为甲车道,南北走向的道路为乙车道。
甲乙车道的交通灯需按交通法则来依次交替运行。
则可设计一个状态循环的逻辑电路。
六、分析设计的逻辑功能:
交通灯控制系统的原理框图如图一所示。
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。
图中:
TL:
表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为45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个工作状态的定时。
图一.交通灯控制器的流程图
(1)图甲车道绿灯亮,乙车道红灯亮。
表示甲车道上的车辆允许通行,乙车道禁止通行。
绿灯亮足规定的时间隔TL时,控制器发出状态信号ST,转到下一工作状态。
(2)甲车道黄灯亮,乙车道红灯亮。
表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行,乙车道禁止通行。
黄灯亮足规定时间间隔TY时,控制器发出状态转换信号ST,转到下一工作状态。
(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TL时,控制器发出状态转换信号ST,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,乙车道上未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TY时,控制器发出状态转换信号ST,系统又转换到第
(1)种工作状态。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器进行控制的。
设控制器的四种状态编码为00、01、11、10,并分别用S0、S1、S3、S2表示,则控制器的工作状态及功能如图二所示,控制器应送出甲、乙车道红、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:
图一的控制器工作状态及功能
控制状态信号灯状态车道运行状态
S0(00)甲绿,乙红甲车道通行,乙车道禁止通行
S1(01)甲黄,乙红甲车道缓行,乙车道禁止通行
S3(11)甲红,乙绿甲车道禁止通行,乙车道通行
S2(10)甲红,乙黄甲车道禁止通行,乙车道缓行
符号含义:
AG=1:
甲车道绿灯亮;
BG=1:
乙车道绿灯亮;
AY=1:
甲车道黄灯亮;
BY=1:
乙车道黄灯亮;
AR=1:
甲车道红灯亮;
BY=1:
乙车道红灯亮;
由此得到交通灯控制器的流程图,如图一所示。
设控制器的初始状态为S0(用状态框表示S0),当S0的持续时间小于45秒时,TL=0(用判断框表示TL),控制器保持S0不变。
只有当S0的持续时间等于45秒时,TL=1,控制器发出状态转换信号ST(用条件输出框表示ST),并转换到下一个工作状态。
依此类推可以弄懂流程图所表达的含义。
五、单元电路的设计:
1.置数控制电路:
置数控制电路由74LS90和若干个门电路组成,74LS90的输出端Q3Q2Q1Q0=0000时,置的数为20.,当Q3Q2Q1Q0=0001S时,置的数为5,当Q3Q2Q1Q0=0010时,置的数为30,当Q3Q2Q1Q0=0011时,置的数为5,当Q3Q2Q1Q0=0100时,马上进行清零,使Q3Q2Q1Q0=0,从新开始的置数,完成了一个周期。
74LS90的置数脉冲由两个74LS190的计数器的串行进位输出信号提供。
CT74LS的功能真值表如下所示:
输入
输出
说明
R0*R1S0*S1CP
Q3Q2Q1Q0
10X
0000
异步清零
01X
1001
异步置9
00↓
计数
2.减法计数电路:
减法计数电路由两个CT74LS190计数器组成,加减法控制端接高电平,使其执行剑法功能,脉冲由妙脉冲电路提供,串行输出端的信号作为置数电路的脉冲,置的数由置数控制电路控制,输出信号输入作为显示译码电路的输入信号。
电路图如下所示:
3.译码显示电路:
译码显示电路由CD4511、数码管和若干个330Ω的电阻组成,输入信号由减法计数电路提供,,根据提供的信号,显示出相应的数字,图如下所示:
4.秒脉冲控制电路:
秒脉冲控制电路如下同所示,图中NE555外引线排列如右图所示。
其中1脚是电路地GND;8脚是正电源端Ucc,工作电压范围为5~18V;2脚是低触发端TR;3脚是输出端OUT;4脚是主复位端R;5脚是控制电压端Uc;6脚是高触发端TH;7脚放电端DISC。
R1=100k、R2=20k和C=10uf为系统所需要的秒脉冲由定时器NE555所构成的多谐振荡器提供的多谐振荡时电阻和电容,C1=0.001uf为电压控制端稳定电容。
在信号的输出端产生矩形脉冲,其振荡周期T=0.7(R1+2R2)C。
5.红绿黄灯显示电路:
红绿黄灯显示电路有若干个门电路和有颜色的发光二极管组成,输入信号由置数控制电路的输出信号Q1Q0控制,控制状态真值表如下图所示:
控制电路主要是控制两干道的红、黄、绿灯的亮与灭,才能形成四种状态。
即:
令灯亮为“1”,灯灭为“0”,真值表如下表所示:
控制器状态
主干道
支干道
Q1Q0
R灯Y灯G灯
r灯y灯g灯
00
100
001
01
100
010
10
001
100
11
010
100
由上可以得出各个灯的逻辑表达式:
R=Q1Q0+Q1Q0=Q1Y=Q1Q0G=Q1Q0
r=Q1Q0+Q1Q0=Q1y=Q1Q0g=Q1Q0
六、元件清单
物品名称
数量
作用
CD4511
2
译码器
CT74LS190
2
倒计时器
CT74LS90
1
加法器
74LS08
2
与门电路
74LS04
1
非门电路
七段数码管
2
显示数字倒计时
红绿黄发光二极管
2
显示红绿灯
NE555集成定时器
1
秒脉冲
电容0.01uf
1
电容10uf
1
电阻330Ω
14
控制电流
电阻100k
1
形成多协振荡器
电阻20k
1
七、整电路的工作的工作原理:
电路图如下所示
有这样一个十字交叉路口如图
(一)所示。
每个路口都设有交通信号灯,红灯表示禁止通行;绿灯表示可以通行;红绿灯交替时,黄灯表示已越过停车线的车辆继续通行,而停车线内的车辆停止运行。
B
A
路口车辆运行情况有以下四种:
a:
B车道通行,A车道不通行。
b:
B车道停车,A车道不通行。
c:
B车道不通行,A车道通行。
d:
B车道不通行,A车道停车。
这就是求主控制电路也有四种状态:
首先,假设B车道通行,这时“B绿灯”和“A红灯”亮;规定的时间过后A亮红灯而B亮黄灯,黄灯延时后,计时器发出信号使B亮红灯而A亮绿灯,这时A车道的车可以通行了;规定的时间过后,A亮黄灯,B亮红。
之后重复上述内容。
具体转换情况见下表:
B车道
A车道
RYG
ryg
//亮
亮//
/亮/
亮//
亮//
//亮
亮///亮/
G、r亮30”→Y、r亮5”
↑↓
←
R、y亮5”R、g亮20”
八、仿真情况:
九、焊接技术
由于刚刚做过两周的的工艺实习,对焊接技术还是比较了解,一下是焊接过程中遇到的问题:
此次实习,我认为最重要的一块就是焊接了。
因为我的原理图是正确的,封装业都正确,却在焊接的时候出现了很多问题,如下:
a.焊锡颗粒太大,导致很多线路造成短路;
b.焊接时很多时候焊锡颗粒为圆球形,造成虚断;
c.焊接时用的电烙铁摆放不正确,导致烫伤;
焊接技术的领会:
a.焊接时将电烙铁垂直放置,并且迅速提起,会形成锥形,与焊盘很好的连接;
b.焊盘设置不合理,因为太小导致焊接时板上的铜掉落,造成断路,而重新做板;
c.焊接时注意人自身安全问题,把电烙铁的头朝着桌子里面,不至不小心烫伤;
十、调试结果及分析
本实验的巧妙之处就在于能够分级调试,首先调试555产生的秒脉冲,在对其分频信号进行分析,观察是否能够得到我们所需的一秒脉冲。
调试74LS190观察是否能够达到我们的要求,即实现十进制和十进制计数。
观察74LS138的输入和输出是否与真值表一致。
最后看各基本门电路组成的分析电路是否能够达到预期的目的。
显示部分也是一样,分级检测,如果每一个小环节都能正常工作我们就可以把它们全都连接起来,观察两个大的部分能否各自正常工作,即灯的控制是否和预期的一致,显示能否正常进行。
最后校对两部分,即灯与计时,观察其是否能达到同步。
最后,关于元器件的选择:
本系统中所涉及的电子元件主要是集成芯片,在一定程度上是考虑容易得到的为首选。
刚开始调试过程不是很顺利,只有红绿灯亮的正常,主干道红灯亮,支干道黄灯亮,但是数码显示管不显示数字的倒计时。
我猜想可能是秒脉冲出现了问题。
于是检查了秒脉冲,分级调试后,发现秒脉冲不正常,所以马上检查接线,发现有一条导线松动,有可能是虚焊,立刻修改,重新焊接后,继续调试,结果秒脉冲正常,所以在以后的焊接中一定要注意焊接问题,切记不要出现虚焊。
其次,出现一个问题,就是第一天调试的时候,主干道和次干道的交通灯都正常亮,但是数码管不亮,第一天之后一直在寻找这个原因,可是不得其果,但是第二天再次调试的时候,仍然出现昨天的情况,后经检查,但是仍然没有解决,直到老师宣布结束的时候,还是没有找到原因,甚至老师检查的时候,交通灯显示也不正常,可能是接触不良导致的!
最终还是遗憾的结束了这次课程设计,多少有些失落!
但是相信下次自己一定会做得更好!
十一、心得体会
经过两周的努力,我终于完成了电子课程设计——交通灯控制电路系统。
通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验,已初步掌握了数电的应用技术,以及数字电路的知识和有关器件的应用。
我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。
根据老师给出的题目要求我们选择题目,查找资料,进行方案论证,选择方案,系统设计,基本电路设计,电路组装及调试,在规定的时间内完成校对,并完成设计报告。
开始拿到题目的时候,还不知道怎么做,因为自己对这门课的一般设计还未入门,对很多芯片的功能都不是很清楚,还有仿真软件的使用,以前从来没接触过,只是现在需要的时候才开始用它,它的功能都不清楚。
通过这次课程设计,加强了我动手、思考和解决问题的能力。
现在设计已经做好了,虽然花了很多时间,但学到了很多东西。
做课程设计的时候自己认真查阅各种资料。
增强了自己对知识的理解,很多以前不懂的问题现在都已经解决。
在课程设计的过程中,我们想了很多种方案,对同一个问题反复论证,运用不同的芯片进行了比较,最后还是采取了上面的方法进行连接。
在连接过程中,经常会遇到一些问题。
比如接错线,无意中删除了一些线等,使自己感觉有点力不从心。
两周的课程设计,留给我印象最深的是要设计一个成功的电路,必须要有耐性和坚持下去的毅力,使我明白了做任何事情都要认真仔细,不然的话,会话更多的时间才能做好。
课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识用运到实际生活中去,同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力。
同时也是我意识到一个良好的设计思路,是电路的生命。
宁愿在思路设计上多花上50%的时间,因为前期看似慢,实际上恰恰给后期的制作带来很大的方便,效果往往是更节省了许多时间,同样在制作过程中,马虎不得,粗心不得,特别制作更应该如此。
一步一步来,要充分利用网上的资料,图书馆的资源,添补课上所学的空白,掌握最先进的知识,是自己的知识系统化,更加完善,更出色的完成设计题目。
本次设计课题是以一个小组为单位的设计任务,我们小组成员密切配合,努力工作,不断提出问题,解决问题,使我们的作品较好的达到预期要求。
通过这次设计活动,是我们知道以前学的一些专业基础课有什么作用,对以前的几门课程起到了复习与加深的作用,,还提高了我们分析问题解决问题的能力。
对电路设计的基本技能也起到一个很好的锻炼作用。
更重要的是这是一个团队活动,培养了我们团队合作的精神,集合大的智慧,互相讨论,户型辩驳最后找到解决问题的最优方案,分工合作,最后完成老师交待的设计任务。
最后,特别感谢覃启锦老师的细心的指导,以及同学的帮助,还有小组其他同学的帮助。
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