数电课程设计

《数字电子技术》课程设计总结报告

题目：交通信号灯控制电路

一．设计任务与要求：

设计任务与要求：

1．东西方向和南北方向交替放行，东西方向每次放行30秒，南北方向每次放行20秒。

2．每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，此时原红灯不变。

3．用十进制数显示放行及等待时间。

4．如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。

二．分析

本系统可分为4个状态：S1（东西绿亮,南北红亮）S2（东西黄亮，南北红亮）S3（东西红亮，南北绿亮）S4（东西红亮，南北黄亮）每个状态的转换顺序：

数电课程设计

要实现上述控制，可用秒信号产生电路、计时电路、交通灯控制电路、时间显示电路等几部分组成。总的设计框图如下：

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三、设计

（一）、状态转换器

要实现四种状态的转换，可用四进制计数器，在这里我用同步十六进制74ls163接成四进制，即当输出Q3Q2Q1Q0=0011时，将计数器置零。而其CLK信号由计时电路提供。

74ls163接线图：

（二）、信号灯译码电路

此处将LED灯的正极统一接高电平，另一端由信号灯译码电路控制，当译码电路输出低电平时灯亮，高电平时灯灭。用0表示灯亮、1表示灯灭，G、R、Y表示东西向的绿、红、黄灯，g、r、y表示南北向的绿、红、黄灯。其真值表如下：

通过化简，得：G= Q0+ Q1 R=Q1’ Y=Q0’+Q1

g= (Q0’*Q1)’ r=Q1 y=（Q0*Q1）’

信号灯接法：

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（三）、计时电路

计时电路由两片十进制同步可逆计数器74ls190组成，第一片接成十进制，负责时间个位计时。第二片负责时间十位计时。74ls190进行减法计时，输出若为0000，则13腿（RCO）输出高电平，否则为低电平，12腿（TC）与之相反。可利用RCO端信号作为第二片计数器的CLK信号。将第二片的RCO端与置数端相连，则计数器在到达0000状态时置数端会工作，在第一片计数器传来下一个CLK信号时，第二片计数器将被置为2或3。

74ls190的引脚

图及功能表为：

（四）、置数转换

由一片74ls190负责为十位计时计数器置数，因为倒计时是在30进制与20进制之间交替转换，故负责置数的计数器的输出需在0010,0011间转换。而转换的时刻应在个位、十位计数器输出都为0000时，故可将个位、十位计数器的TC端经与门后连接置数计数器的CLK端。接法如下：

（五）、状态转换器的CLK信号

当计时电路显示为05s或00s时信号灯的状态便要改变，可通过下列电路使05s、00s时刻时产生脉冲信号，作为状态转换器的CLK信号（其中Q0~Q3为个位计时器的输出，TC1、TC2分别为十位、个位计时器的借位输出端）。

（六）、时间显示

采用七段显示译码器74ls48将BCD码译成七段字符显示器需要的七位代码。

（七）、秒信号的产生

采用555多谐振荡器，在接通电源后自行产生频率接近1000HZ的矩形输出脉冲，之后通过74LS90（10分频器）进行3次分频，获取频率为1HZ的信号。

文本框:

（八）、紧急开关

采用双刀双掷开关，发生紧急情况时可将红灯同时亮起。a,a1（b,b1）为原电路，当发生紧急情况时，将开关向左开后，所有的红灯将会亮起。

四、仿真

30秒倒计时，东西绿灯亮，南北红灯亮：

5秒倒计时，东西黄灯亮，红灯不变：

20秒倒计时，南北绿灯亮，东西红灯亮：

5秒倒计时，南北黄灯亮，东西红灯不变：

五、元器件清单

六、收获体会

通过此次课程设计，我学到了不少知识，例如在设计电路的过程中，应有清晰的思路，列出总体框架，一步一步实现功能。列出真值表、画出时序图，对顺利实现功能有很大好处。刚开始我就只按自己的想法来做，想到什么做什么，结果做出来的电路很冗杂，出错时也很难查找问题。

存在的问题：在电路中我用到一块74ls15（三输入与门），但我只用了它的两个输入端，第三个输入端悬空。按道理我用74ls08（两输入）即可，但在仿真时却无法按设想的工作，换成74ls15就正常了。有可能是竞争冒险。对于设计好的秒信号，可能是电脑的运行问题或者其它原因，使它的时间要比现实小了几十倍。另一个不足是由于时间关系，没有做实物。电脑仿真与现实毕竟还是有差别的，真正动手做，可以学到更多东西，而实际可能也不会出现上述与门的问题。

整机电路：

第二篇：数电课程设计

一、数字电子钟

1．设计目的

（1）培养数字电路的设计能力。

（2）掌握数字电子钟的设计、组装和调试方法。

2．设计内容及要求

（1）设计一个数字电子钟电路。要求：

①按24小时制直接显示“时”、“分”、“秒”。

②当电路发生走时误差时具有校时功能。

③具有整点报时功能，报时音响为4低1高，即在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出500Hz信号，在59分59秒时输出1000 Hz信号，音响持续时间为1秒，最后一响结束时刻正好为整点。

（2）用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验仪上进行组装、调试。

（3）画出各单元电路图、整机逻辑框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告。

（4）选作部分：①闹钟系统。②日历系统。

3．数字电子钟基本原理及设计方法

数字电子钟的逻辑框图如图14-1-1所示。它由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路和整点报时电路组成。振荡器产生的脉冲信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。有的数字电子钟还加有定时响铃、日历显示等其它功能，需增加相应的辅助电路。

图14-1-1 数字电子钟的基本逻辑框图

（1）振荡分频电路

振荡器是数字电子钟内部用来产生时间标准“秒”信号的电路。构成振荡器的电路很多，图14-1-2（a）是RC环形多谐振荡器，其振荡周期T≈2.2RC。作为时钟，最主要的是走时准确，这就要求振荡器的频率稳定。要得到频率稳定的信号，需要采用石英晶体振荡器。石英晶体振荡器电路如图14-1-2（b）所示，这种电路的振荡频率只取决于石英晶体本身的固有频率。

图14-1-2 振荡器

（a）RC环形多谐振荡器（b）石英晶体多谐振荡器

由于石英晶体振荡器产生的频率很高，要得到秒信号，需采用分频电路。例如，振荡器输出4 MHz信号，先经过4分频变成1 MHz，再经过6次10分频计数器，便可得到1Hz的方波信号作为秒脉冲。

（2）计数器

把秒脉冲信号送入秒计数器个位的CP输入端，经过6级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位，以及“时”个位、十位的计时。“秒”、“分”计数器为60进制，“时”计数器为24进制。

24进制计数器如图14-1-3所示。当“时”个位计数器输入端CP来到第10个触发脉冲时，该计数器归零，进位端QD5向“时”十位计数器输出进位信号。当第24个“时”脉冲（来自“分”计数器输出的进位信号）到来时，十位计数器的状态为0010，个位计数器的状态位0100，此时“时”十位计数器的QB6和“时”个位计数器的QC5输出为1。两者相与后送到两计数器的清零端R0A和R0B，通过74LS90内部的R0A和R0B与非后清零，完成24进制计数。同理可构成60进制计数器。

图14-1-3 24进制计数器

（3）译码显示电路

译码驱动器采用8421 BCD码七段译码驱动器74LS48，显示器采用共阴极数七段数码显示器，有关74LS48和七段显示器的使用方法前面已经作了介绍，这里不再赘述。

（4）校时电路

当数字电子钟出现走时误差时，需要对时间进行校准。实现校时电路的方法很多，如图14-1-4所示电路即可作为时计数器或分计数器的校时电路。

图14-1-4 校时电路

现设用该电路作为分计数器的校时电路，图中采用RS触发器作为无抖动开关。通过开关K的接入位置，可以选择是将“1 Hz信号”还是将“来自秒计数器的进位信号”送至分计数器的CP端。当开关K置于B端时，RS触发器的输出、，“来自秒计数器的进位信号”被送至分计数器的CP端，分计数器正常工作；需要校正分计数器时，将开关K置于A端，这时RS触发器的输出、，“1 Hz信号”被送至分计数器的CP端，分计数器在“1Hz信号”的作用下快速计数，直至正确的时间，再将开关K置于B端，达到了校准时间的目的。

（5）整点报时电路

电路的设计要求在差10 s为整点时开始每隔1 s鸣叫一次，每次持续时间为1 s，共鸣叫5次，前4次为低音500 Hz，最后一次为高音1 kHz。因为分计数器和秒计数器从59分51秒计数到59分59秒的过程中，只有秒个位计数器计数，分十位、分个位、秒十位计数器的状态不变，分别为QD4QC4QB4QA4＝0101，QD3QC3QB3QA3＝1001，QD2QC2QB2QA2＝0101，所以QC4＝QA4＝QD3＝QA3＝QC2＝QA2＝1不变。设Y1＝ QC4QA4QD3QA3QC2QA2，又因为在51、53、55、57秒时QA1＝1，QD1＝0，输出500Hz信号f2；59秒时QA1＝1，QD1＝1，输出1kHz信号f1，由此可写出整点报时电路的逻辑表达式为：

用与非门实现，则整点报时电路如图14-1-5所示。

图中音响电路采用射极输出器，推动8Ω的喇叭。三极管基极串接1 kΩ限流电阻，是为了防止电流过大损坏喇叭，在集电极也串接51Ω限流电阻。三极管选用高频小功率管即可。

4．组装和调试要点

在实验箱上组装电子钟，组装时应严格按图连接引脚，注意走线整齐，布局合理，器件的悬空端、清0端、置1端要正确处理。调试步骤和方法如下：

（1）用数字频率计测量晶体振荡器输出频率，用示波器观察波形。晶体振荡器输出频率应为4 MHz，同时波形为矩形波。

（2）将频率为4 MHz的信号送入分频器各输入端，并用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合设计要求。

（3）将1 s信号分别送入“时”、“分”、“秒”计数器，检查各级计数器的工作情况。若不正常，则可依次检查显示器、译码驱动器、计数器及计数器的反馈归零电路。

（4）观察校时电路的功能是否满足校时要求。

（5）将时间调整到59分50秒，观察报时电路能否准确报时。

（6）整机联调，使数字电子钟正常工作。

图14-1-5 整点报时电路

5．供参考选择的元器件

（1）集成电路：74LS90 12片，74LS48 6片，74LS00 6片，74LS20 2片。

（2）电阻：1 kΩ 3个，10 kΩ 4个，51 Ω 1个。

（3）电容：0.01μF 2个。

（4）三极管：3DG12 1个。

（5）其它：共阴极显示器 6个，4 MHz石英晶振 1片，8Ω扬声器 1个。

二、交通信号灯

1．设计目的

（1）培养数字电路的设计能力。

（2）掌握交通信号灯控制电路的设计、组装和调试方法。

2．设计内容及要求

（1）设计一个交通信号灯控制电路。要求：

①主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30 s，支干道每次放行20 s。

②每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5 s钟，此时原红灯不变。

③用十进制数字显示放行及等待时间。

（2）用中、小规模集成电路组成交通信号灯电路，并在实验仪上进行组装、调试。

（3）画出各单元电路图、整机逻辑框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告。

（4）选作部分：采用倒计时的方式显示放行及等待时间。

3．交通信号灯基本原理及设计方法

十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图14-2-1所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。

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、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路几部分组成，整机电路的原理框图如图14-2-2所示。

图14-2-1 十字路口图图14-2-2 交通信号灯控制电路框图

（1）主控制器

十字路口车辆运行情况只有4种可能：①设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为30 s。②30 s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5 s。③5 s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20 s。④20 s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5 s。5 s后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制器电路也有4种状态，设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。状态转换图如图14-2-3所示。

图14-2-3 主控制器的状态图图14-2-4 主控制器的逻辑图

设S0＝00，S1＝01，S2＝10，S3＝11。实现这4个状态的电路，可用两个触发器构成，也可用一个二-十进制计数器或二进制计数器构成。如用二-十进制计数器74LS90实现，采用反馈归零法构成4进制计数器，即可从输出端QBQA得到所要求的4个状态。逻辑图如图14-2-4所示。为以后叙述方便，设X1＝QB，X0＝QA。

（2）计数器

计数器的作用有二：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行30 s、20 s、5 s3种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态S0时开始30 s计数；30 s后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始5 s计数；5 s后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始20 s计数；20 s后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S3，计数器又开始5 s计数；5 s后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。

根据以上分析，设30 s、20 s、5 s计数的归零信号分别为A、B、C，则计数器的归零信号L为：

其中：