太原理工大学数字逻辑课设(交通灯)

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1.太原理工大学计算机科技学院课程设计报告课程名称: 数字逻辑综合课程设计 系 部： 计算机科学与技术 专业班级： 计科1402 学生姓名： 陈志棚 学 号： 2014006935 同 组 人： 潘军、张瑾、谢项 指导教师： 廖丽娟 完成时间： 2016.7.5 报告成绩： 目录交通灯控制设计报告21.设计要求21，基本要求22，扩展要求23，创新设计22.设计的功能，目的33.具体设计实现31. 系统概述32单元电路设计、模拟分析(小三号宋体)43.电路安装调试74.直流稳压电源电路84.125附录13元器件清单：136参考文献13附图14太原理工大学计算机科学与技术。

2、学院数字系统设计课程设计任务书1402学生名称陈志棚课程名称数字系统设计设计名称交通灯控制器设计周数2周教师廖丽娟设计任务设计要求1，设计任务LED作为显示器，数码管设计并实现了十字路口交通灯的控制器。二、设计要求1、基本要求设计一个输出可在315V当电网电压为220时，需要连续可调直流稳压电源V上下波动15%，080输出电流mA范围内变化时，压力稳定正常，输出电压变化不超过0.3V。主干道交替通行，主干道每次放行15秒，主干道每次放行10秒；每次绿灯变红前，黄灯先亮5秒，另一条主干道上的红灯保持不变。主干道黄灯亮时，支干道红灯1Hz闪烁频率；支干道黄灯亮时，主干道。

3、道红灯以1Hz频率闪烁。主干道信号灯亮时，应配合有时间提示，数字显示，每秒减少1计数，直至主干道信号灯自动转换为0。2.在满足基本要求的前提下，扩展要求可实现特殊状态（如火灾报警、救援等）的交通灯控制。当声控传感器S发出1时，进入特殊状态。要求：东、西、南、北都是红灯。计数器停止计数并保持原始时间数据。特殊状态解除后，继续恢复正常工作状态。3.在满足基本要求和扩展要求的前提下，创新设计了一个可编程的交通灯控制器。具体要求是控制显示电路，可根据需要更改交通灯的顺序。具有语音提示功能。1.收集技术资料：了解设计任务，查阅相关资料。。

4、用时1.5天。2.确定总体设计思路:比较方案，确定总体设计方案。用时1天。3、单元电路设计：设计单元电路，选择元件，计算参数。用时2天。4、EDA仿真：利用EDA模拟软件验证设计方案的可行性，修改错误。用时3天。5.电路调试：根据确定的方案进行安装调试，验证各项功能和技术指标。用时2天。6.编写设计报告:根据课程设计报告的要求编写设计报告。用时0.5天。学生提交归档文件封面任务书课程设计报告图纸指导教师签名： 日期： 交通灯控制设计报告.设计要求1。设计输出的基本要求是315V当电网电压为220时，需要连续可调直流稳压电源V上下波动15%，080输出电流mA范围内的变化。

5.正常稳压时，输出电压变化不超过0.3V。主、支干道交替通行，主干道每次放行15秒，支干道每次放行10秒；每次绿灯变红灯前，黄灯先亮5秒，此时另一干道上红灯不变。主干道黄灯亮时，支干道红灯1Hz闪烁频率；支干道黄灯亮时，主干道红灯1Hz频率闪烁。主干道信号灯亮时，应配合有时间提示，数字显示，每秒减少1计数，直至主干道信号灯自动转换为0。2.在满足基本要求的前提下，扩展要求可实现特殊状态（如火灾报警、救援等）的交通灯控制。当声控传感器S发出1时，进入特殊状态。要求：东、西、南、北都是红灯。计数器停止计数并保持原始时间数据。解除特殊状态。

6.之后，继续恢复正常工作状态。3.在满足基本要求和扩展要求的前提下，创新设计了一个可编程的交通灯控制器。具体要求是控制显示电路，可根据需要更改交通灯的顺序。具有语音提示功能。二.通过学习模拟电子技术基础和数字电子技术基础课程，我们了解了很多相关知识，但通常只是单元电路设计、集成芯片功能等，不能很好地将单元电路与集成芯片结合，实用的电子系统通常由多个单元电路组成。因此，进行电子系统设计时，不但要考虑系统总体功能的实际，还要考虑系统各部分电路的选择、设计以及它们之间的相互连接。这样，我们就可以更清楚地认识到集成芯片和单元电路之间的关系，并掌握它们。。

7.系统方案确定后，除了需要设计和计算少数电路参数外，大多数只需根据框图各部分的要求正确选择模拟和数字集成电路的芯片进行连接。了解十字路口交通灯的工作模式，熟悉各芯片各单元电路的主要功能，通过单元电路与芯片的结合设计电路。三.具体设计实现1. 系统概述(1) . 对十字路口信号灯的总体描述是对当前十字路口四种状态的描述。通过使用四组信号灯的状态来反映当前的交通状态，然后使用一组时间显示器来显示当前状态的时间。该设计还具有扩展功能，即在紧急情况下将所有状态调整为红灯并停止显示时间，恢复正常后，可继续运行当前状态。(2).总体框图(3).状态描述态序主干道支干道时间1绿灯亮允许通行红。

8.15.灯不允许通行s黄灯亮红灯不允许通过52s红灯不允许通行，绿灯允许通行10s红灯不允许通黄灯亮54s我负责设计中的时间反馈部分和扩展功能设置：时间反馈模块：该模块实现的功能是为计时器循环输送5-15-5-10秒，这一部分的实现思路如下:74LS163的输出端QA QB模四计数器输出00、01、10、11，将这四种输出状态分别对应于一个时间，即时间跳变为74LS另一方面，当倒计时达到0时，给予743反馈LS163反馈使其进入下一个状态，具体实现及对应关系如下表所示LS163 QB QA高位输入7段显示译码器。

9、D1 C1 B1 A17段显示器低输入D2 C2 B2 A2对应秒数0 00 0 0 10 0 0 010秒0 10 0 0 00 1 0 15秒1 00 0 0 10 1 0 115秒1 10 0 0 00 1 0 15秒由表中对应，可以找到一个规则:163QA通过非门接收输出端A1端口，其它B1 C1 D13个端口接低电平， 然后QA QB连接到一个或门A2 C2端口，其余B2 D通过163输出的四种状态，完美控制时间的四种状态，每次倒计时到0时，需要给74LS163高电平反馈使其进入下一个状态，此时只需74lS1925个有效输出端口。

通过一个或非门给74LS163输送反馈，只有倒计时为0时才能输出，74LS163进入下一个状态！通过这个循环，可以实现四种时间循环变化。 电路简图如下：扩展模块：按下紧急开关（从高电平到低电平）时，所有红灯停止计时，点亮整体思路：按下开关时，脉冲对计时器失效，使38翻译Y0 Y1 Y2 Y当红灯亮起时，输出端为高电平。具体实现如下：将单刀双掷开关的一端引出与脉冲信号通过与门连接到192翻译器，开关的一端连接到38翻译器的使能端，38翻译器Y0 Y1 Y2 Y输出端口连接到一个四输入门，连接到红灯。当开关为高电平时。

11、与门输出为高电平，正常作用于193计时器，译码器输出正常！当开关为低电平时，与门输出为低电平，计时器停止计时，译码器Y0 Y1 Y2 Y输出为高电平，与门后也为高电平，使作用于红灯！设计图纸如下：3。电路安装和调试主要经过以下步骤：首先测试所有收到的原件，以确保连接电路的正常使用。计时器的连接与测试：首先连接计时器模块，并测试其功能，以实现从时间到0的任何时间输入。在连接下一个模块之前，模块连接成功。状态控制器(模四计数器)的连接与测试:单独连接状态控制器模块，并测试其功能可输出00、01、10、11四种状态的循环输出。该模块连接成功。

12.连接下一个模块。连接和测试反馈模块：按要求连接计时器和状态控制器，并测试整体功能，实现10-5-15-5秒的循环输出。在连接下一个模块之前，模块连接成功。照明模块的连接与测试：将状态控制器的输出与主干道和分支连接起来，测试其灯光闪烁能满足要求。连接和测试扩展功能模块：将扩展功能模块添加到电路中，并对所有电路功能进行测试！电路安装过程中的主要问题：前三部分电路连接基本无问题，顺序实现10-5-15-5秒的循环输出结果，唯一连接照明模块，不知道哪条线连接错误，所以不断发现连接错误，但由于后连接越来越复杂，花了很多时间。

13.我没有发现任何错误。最后，我别无选择，只能拆除灯模块的连接，更加小心地重新连接。最后，连接成功了。灯模块的整体连接存在很大问题，需要很长时间！与模拟电路连接物理电路时，发现一些需要连接到低电平的元件端口可以在模拟软件中悬挂，在实际电路中需要连接到低电平才能正常工作，74LS138译码器的使能端就是这样！4.直流稳压电源电路1。直流稳压电源概述直流稳压电源是电子系统的必要组成部分。除了电池，绝大多数电子系统都使用直流稳压电源。小功率稳压电源一般由电网供电，然后通过整流、滤波、稳压三个主要环节将电网交流电转化为电子系统所需的稳定低压直流。常用的稳压电路有：并联稳压电路、串联稳压电路。

14、压电路、集成稳压电路等。并联稳压电路结构简单，设计方便，但输出电压不可调，输出电流小。串联稳压电路增加了输出电压可调输出电流，因此大多数电子系统使用串联稳压电路或根据这一原理实现的集成稳压器。2.工作参数输出电压和调节范围可调输出的稳压电源有输出电压的调节范围U0minU0max与设计的标称输出电压相比，固定输出稳压电源的输出电压通常误差较小。最大输出电流I0max3.串联稳压电源设计原理设计小功率整流滤波电路。首先，根据负载要求的输出电压、负载电流和纹波电压，选择合适的整流电路，做一些简单的估计，然后选择合适的。

15、元件，最后经过测试调整。负载电流在mA在对纹波要求较低的情况下，可选用简单的半波整流电路，其余一般选用桥式整流电容滤波电路。电流源的设计由集成电路组成：以集成电路形式制造的稳压电路称为集成稳压器。优点是性能稳定可靠，使用方便、价格低廉。集成稳压器有多端式和三端式，输出电压有固定式和可调式，正压和负压输出稳压器。三端固定集成稳压器有三个管脚，即输入端、输出端和公共端。78系列正电压输出，79系列负电压输出。表示固定电压输出的值。例如，7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824等。 5V、 6V、 9V、 12V、 1。

16、5V、 18V、 24V。79系列也对应，只是负压输出。这类稳压器的最大输出电流为1.5A，塑料封装(TO-220)最大功耗为10W(加散热器)；金属壳封装(TO-3)外形，最大功耗为20W(加散热器)。电路图如下：三端可调式集成稳压电路其型号有正输出三端可调式、负输出三端可调式两种。如LM117型(与LM317类似)是正电压输出型。经过处理其输出电压可在515V之间调节。串联型稳压电路原理框图稳压电路各环节分析及设计原则：1.调整环节调整比较基准取样UDIUDO串联型稳压电路的调整环节是由调整管构成的，其基极受比较放大器的输出电压控制，通过调整管集电极与发射极之间压降的变化来抵消输。

17、出电压的变化，因此必须保证调整管工作在放大区，以实现其调整作用。同时，串联型稳压电路的调整管与负载是串联的，全部负载电流要通过调整管。因此，调整管耗散功率很大，它必须满足负载电流和功耗要求，保证在最不利的情况下也不至于是器件损坏。2.比较环节比较放大器的作用是把输出电压较小的变化进行放大，并送去控制调整管以达到稳定输出电压的目的。比较放大器的增益越高，所需要的控制信号越小，输出电压越稳定。因此，要提高电源的稳定性，关键在于提高比较放大器的增益。以下图所示的典型电路为例：显然要提高比较放大器的增益，可以适当加大R1但是R1的加大是有限度的，当输入电压一定的时候其两端的电压UR1=(IC2+IB1。

18、)R1,为了确定比较放大器对调整管的控制作用，其集电极电流与调整管基极电流之间应有：放大器对调整管的控制作用，其集电极电流与调整管基极电流之间应有：IC2MIN=2IB1MAX=2IL/1因此UR1=(3IL/1)R1这里UR1=UDIUBE1UDO所以为了减小调整管的功耗，其集电极-发射极间的管压降不能太大。通常：UDIMINUDOMAX=UCE1MIN(1.52)UCES一般只有几伏，所以R1趋势很小，仅为几千欧姆。因此靠加大R1来提高比较放大器的增益是有限度的。要进一步提高电源稳定度可以考虑采用辅助电源的电路，恒流源负载的电路采用差动放大电路做比较放大器等方法。基准环节基准电压一般是由稳。

19、压管提供的稳定直流电压。做为比较放大器的比较基准，应当尽量稳定。基准电压UZ要低于输出电压UDO，其大小由下式决定UZ= n UDO其中n是取样分压比n=(R4+RW)/(R4+R3+RW)n过小会影响电源的稳压效果，UZ的取值应使n在0.50.8之间。为了保证基准电压恒定，稳压管必须工作在稳压区，因此必须适当的选择限流电阻R2,保证稳压管工作电流最大时，小于允许电流IZMAX，工作电流最小时，大于最小稳定工作电流IZMIN。因此限流电阻R2应满足为了减小稳压管内阻rZ以及变化电流对UZ的影响，稳压管工作电流应取大些，一般为10mA左右。为了减小温度变化的影响，尽量选用具有零温度系数的(57)。

20、V稳压管，或具有温度补偿的稳压管。取样环节取样环节是由取样电阻R3,R4,RW组成的电阻分压器。一方面，R3,R4,RW要使对应的分压比稳定，就要选用同种材料的电阻、稳定性较高的金属膜电阻、温度系数小的锰铜丝等。另一方面，要尽量减小变化电流IB2对分压比的影响。所以，R3、R4取值不能太大。减小R3、R4还可以减小比较放大器的输入电阻，从而提高AU2。但是R3、R4减小将使电路的空耗增加，效率降低，因此，R3、R4的取值在：一般取IR为20mA左右。兼顾泄放作用可稍大一些。为了提高电源的稳定度，取样分压比n应尽量大些，但总要小于1.(因为n=1时，比较放大器有可能工作在饱和区而失去放大作用。因。

21、此n的取值要结合基准电压UZ的选取综合考虑，一般在0.50.8之间。由UDO=UZ/n可知：基准电压UZ一经选定之后，UDO由n决定，利用n的变化可以改变UDO。输出电压的调节范围UDO =(R3+R4+RW )/(R3+RW)* UZ根据给定的电压调节范围，可以定出R3,R4,RW的大小，为了减小电位器可动端受机械振动对输出电压的影响，电位器的阻值RW应比R3,R4小的多四.心得体会及建议通过该实验我的体会是：有些功能需要很多元器件配合起来才能实现，并且即使有相同的思路，电路也连接不大相同，一些巧妙的方法能够大大简化电路，这点很重要。我们必须将一个大的问题分解成一个个小问题，再将各个小问题逐。

22、一解决。连电路时就是这样，万万不可一下子将整个电路连接出来，因为一旦出错，将会很难在那复杂的电路中找出出错的地方，有可能到最后都无法实现电路功能，而将电路模块化，连接一个模块就测试其功能正常后再进行下一个模块的连接，直至将所有电路连接完，这样才能达到事半功倍的效果！仿真电路和实际电路的连接有很大区别，仿真电路都是基与元件为理想状况下实现的，而实际的元件有很多误差，并且看似简单的仿真电路，在连接的时候也是相当复杂的。通过电路的连接让我增强了我的实际操作能力，这点很难能可贵！五附录元器件清单：74LS192N2片74LS163N1片74LS1281片74LS32(或门)3片74LS04(非门)2片74LS08(与门)2片六参考文献1 刘祖刚. 模拟电子电路原理与设计基础M.北京：机械工业出版社.20122 欧阳星明.数字逻辑M.湖北：华中科技大学出版社.2009附图(注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注。