一、個人題目及實(shí)現(xiàn)功能

1.1 題目：簡易交通燈控制電路

1.2 實(shí)現(xiàn)功能及簡介：

（1）東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間10秒。

（2）東西方向與南北方向黃燈亮，時間3秒。

（3）南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間10秒。

（4）在兩條道上增加數(shù)字顯示功能，顯示通行或等待的時間；

（5）主支干道交替通行，主干道每次放行10秒，支干道每次放行10秒。

（6）每次綠燈變紅燈時黃燈先亮3秒。

（7）主、支干道通行時間及黃燈亮的時間均由同一計(jì)數(shù)器以秒為單位作減計(jì)數(shù)。

二、本題目設(shè)計(jì)方案

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

計(jì)數(shù)模塊用兩片74LS192實(shí)現(xiàn)，個位用CP脈沖，十位用個位輸出的借位信號觸發(fā)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)模塊十位的192從0000到1001的上升沿作為狀態(tài)分配模塊的觸發(fā)信號。狀態(tài)分配模塊主體是一片74LS161，取兩個輸出的四種類型搭配門電路，來控制計(jì)數(shù)模塊置數(shù)。而紅綠燈則由CP、狀態(tài)分配模塊和置數(shù)模塊共同控制。顯示模塊是通過CD4511將計(jì)數(shù)模塊的信號譯碼輸出，再通過數(shù)碼管顯示。

2.2總電路框圖

圖1    總體電路框圖

2.3各模塊設(shè)計(jì)方案及原理說明

2.3.1時鐘信號發(fā)生模塊

本次課程設(shè)計(jì)采用由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，如下圖。按如圖接法，可產(chǎn)生1Hz時鐘脈沖。

2.3.2倒計(jì)時電路模塊

用74LS192直接構(gòu)成減法計(jì)數(shù)器，時鐘脈沖上升沿到來時，在控制信號的作用下，計(jì)數(shù)器以減計(jì)數(shù)向控制器提供時間信號。

74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，用它進(jìn)行減計(jì)數(shù)與數(shù)字顯示倒計(jì)時相符合。74LS192可以級聯(lián)，只需要2片即可向控制器提供時間信號，倒計(jì)數(shù)可在數(shù)字顯示電路中實(shí)現(xiàn)。用74192節(jié)省材料，節(jié)約成本，而且由于經(jīng)常應(yīng)用，因而使用起來較方便，具有其獨(dú)特的優(yōu)良性。

圖中U8為個位計(jì)數(shù)器，U9為十位計(jì)數(shù)器。U8由555定時器供給其脈沖。當(dāng)其從9計(jì)數(shù)到0時，產(chǎn)生一個低電平，隨即有一個上升沿，供給U9做時鐘脈沖，此時U2計(jì)數(shù)減一，實(shí)現(xiàn)兩片芯片的級聯(lián)。由于整個電路是從10計(jì)數(shù)，減一到00，再恢復(fù)至03，重新開始計(jì)數(shù)，所以，芯片輸入分別為0000（0）和0011（3）。

74LS192其功能表如下：

表1   74LS192功能表

實(shí)際電路連接如下圖：

2.3.3狀態(tài)分配模塊

交通燈控制器的控制過程分為四個階段，對應(yīng)的輸出有四種狀態(tài)，分別用S0、S1、S2、S3表示。S0、S1、S2、S3狀態(tài)分別分配狀態(tài)編碼為00、01、10、11，由此得到控制器的狀態(tài)，如表2所示。

表2     狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定：

1G=1：甲車道綠燈亮；2G=1：乙車道綠燈亮；

1Y=1：甲車道黃燈亮；2Y=1：乙車道黃燈亮；

1R=1：甲車道紅燈亮；2R=1：乙車道紅燈亮。

只用74LS161的兩個輸出端，狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表如表3所示：

表3  狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表

電路圖如下：

2.3.4計(jì)時顯示模塊

用兩片CD4511譯碼器連接192和數(shù)碼管。

電路圖如圖所示：

三、硬件電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)效果

元器件清單表格（序號、類型、名稱、型號、數(shù)量、作用）

3.1硬件電路簡要說明：

全部電路都在一塊板子上實(shí)現(xiàn)。已焊接好電源和時鐘脈沖模塊，倒計(jì)時顯示用兩塊數(shù)碼管，用6個LED燈模擬兩組交通燈。必要時使用了轉(zhuǎn)接口。

3.2最終實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果圖和分析

（1）最終結(jié)果圖片

（2）測試結(jié)果分析

經(jīng)過多次調(diào)試，該控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)上述全部功能，并且運(yùn)行穩(wěn)定。

四：總結(jié)：

4.1.課程設(shè)計(jì)中自己做的工作

4.1.1前期完成仿真

4.1.2焊接電路板并檢查電路板焊接得是否有問題

4.1.3分模塊連接和檢測電路。

第一步是檢查電源電路和脈沖發(fā)生電路都無誤；

第二步將兩片CD4511芯片連接數(shù)碼管，發(fā)現(xiàn)可以正常顯示；

第三步是檢查74LS161和兩片74LS192是不是好的；

第四步是倒計(jì)時試驗(yàn)。即連好192、4511、數(shù)碼管，不加門電路，看這時的電路能否進(jìn)行倒計(jì)時。

第五步是加上門電路，加入161，連好LED燈，即組裝完畢所有電路。

4.2.收獲

（1）學(xué)會使用了Multisim軟件。本次課程設(shè)計(jì)之前，并沒有用過這個軟件做過電路設(shè)計(jì)，但是經(jīng)過本次課程設(shè)計(jì)，已經(jīng)可以較熟練的使用了

（2）我一開始領(lǐng)到的是空板子，雖然前面已經(jīng)焊過收音機(jī)和萬用表，但是這個比那個難度更大。首先，這個板子大，元器件多得多，其次，收音機(jī)的每一個元件都有標(biāo)號，根據(jù)標(biāo)號就可以對號入座，而數(shù)字鐘還要對著原理圖去一個個地找，圖一根根地找，而且飛線的好多接頭是和元件的管腳焊在在一起，焊接的時候一個不小心就焊成了短路。這個過程的工作量也比較大，我前前后后焊了好幾次，一開始想要放棄，準(zhǔn)備再領(lǐng)一個板子，可是我領(lǐng)了學(xué)長學(xué)姐的舊板子之后感覺顯示有問題，就一直很不舒服，于是重新焊好了我自己原來的板子。通過本次課程設(shè)計(jì)，我對焊接技術(shù)有了更進(jìn)一步的熟悉，對焊接程序也有了更清晰的認(rèn)識，也更熟悉了焊接的方法技巧。

（3）連接實(shí)物電路的耐心和專注力得到了鍛煉。最開始連線，我中途還會去喝水，做一些小動作。到后來經(jīng)歷了很多次失敗，我越來越專注，在連線的時候一言不發(fā)，連線的速度也越來越快。

4.3.體會和建議

• 剛開始連接好192和4511再到數(shù)碼管時，數(shù)碼管顯示數(shù)字，但是要么不變化要么很不穩(wěn)定。后來才發(fā)現(xiàn)在仿真時用的是LS的芯片，而CD4511都是MOS管制成的，其多余輸入端一般不能懸空。所以在實(shí)際連線時將CD4511的5引腳借到GND。這個問題解決了。
  

（2）關(guān)于焊接和連線：

焊接的時候一定要一步步按照焊接說明來焊接，不能主觀臆測，不然焊接錯了會很麻煩，而且焊的時候盡量要焊的好一點(diǎn)，這樣后面調(diào)試出錯也可以不用擔(dān)心是不是板子的問題。連線一定要一步步來，連到錯綜復(fù)雜的門電路時，可以用筆在紙上做個小記錄。轉(zhuǎn)接口如果用得比較多，可以用筆記錄設(shè)計(jì)一下，好記性不如爛筆頭。

（4）板子上的布局和線的排布：

我本次的課程設(shè)計(jì)圖上一共有9塊芯片，其中7片16個引腳，2片14個引腳。但是只要稍稍注意一下，就可以發(fā)現(xiàn)4片CD4511可以簡化為2片。這樣一來，線路就簡化許多。我第一次連線用了許多線，每一片芯片接地都傻傻的去用轉(zhuǎn)接口連線，導(dǎo)致轉(zhuǎn)接口都不夠用。沒有觀察到每個引腳都有兩個轉(zhuǎn)接口，可以串聯(lián)去接地。越到后來我用的線越少。另外，注意到芯片的布局，可以使線基本分布在板子中間，比較美觀。

還有，要注意到線的松緊程度和轉(zhuǎn)接口的牢固程度，連線到時候可以根據(jù)模塊分顏色連線，這樣排線的時候也會更清晰。我已經(jīng)做好后看見室友這樣做，我感覺想法很好，下次我也應(yīng)該這樣。

（5）一定要聽老師的話，分模塊調(diào)試，最后聯(lián)調(diào)。否則錯了都不知道哪里錯了。

   （6）不怕失敗。本次課程設(shè)計(jì)我大概連了6次線，拆了又連，連了又拆。雖然相信自己一定會成功的，但心中還是擔(dān)心無法按時驗(yàn)收，到最后兩遍連線都出現(xiàn)了（1）中的問題，我又檢查了一遍，經(jīng)過學(xué)習(xí)，才發(fā)現(xiàn)了問題所在，完成了此次課程設(shè)計(jì)。

（7）通過這次數(shù)電課程設(shè)計(jì)，我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。畢竟第一次做數(shù)電課程設(shè)計(jì)，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解不夠深刻，掌握得不夠牢固。本次數(shù)電課程設(shè)計(jì),雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1、提高了我的邏輯思維能力，使我在邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。2、查找資料和獨(dú)立思考的能力。在本次設(shè)計(jì)之前，我在網(wǎng)上看了許多電路，經(jīng)過簡化和修改和同學(xué)之間的討論，才最終設(shè)計(jì)出來。另外有些芯片我們沒有學(xué)過，需要自己去搜集資料，知道它的邏輯功能，才能設(shè)計(jì)出來。3、合作討論的能力。在設(shè)計(jì)的過程中，我也遇到一些細(xì)微的問題，這些問題網(wǎng)上是沒有解決答案的，最后通過和同學(xué)的討論才得以解決。

總之，經(jīng)過反復(fù)的設(shè)計(jì)、連線、排線，當(dāng)我最終成功后，我感到這幾天的郁悶都煙消云散，有巨大的成就感和滿足感。也希望老師在今后的課程設(shè)計(jì)中多鼓勵大家選擇更多的題目，增大選題的多樣性，這樣會更加激發(fā)學(xué)生的動手水平。

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2018-5-16 22:23 上傳

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數(shù)電課程設(shè)計(jì) 建議交通燈 Multisim
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