..一、用中規(guī)模器件設(shè)計(jì)交通燈控制器一、任務(wù)要求1〕通過數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，在面包板上模擬交通紅綠燈。要求分主干道和支干道，每條道上安裝紅〔主R,支r〕綠〔主G，支g〕黃〔主Y，支y〕三種顏色的燈，由四種狀態(tài)自動(dòng)循環(huán)構(gòu)成〔G、rY、rR、gR、y〕;2〕在交通燈處在不同的狀態(tài)時(shí)，設(shè)計(jì)一計(jì)時(shí)器以倒計(jì)時(shí)方式顯示計(jì)時(shí)，并要求不同狀態(tài)歷時(shí)分別為：G、r:30秒；R、g:20秒；Y、r,R、y:5秒。二、總體方案三、單元電路設(shè)計(jì)1〕主控電路在設(shè)計(jì)要求中要實(shí)現(xiàn)四種狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，首先要把這四種狀態(tài)以數(shù)字的形態(tài)表示出來(lái)。因2*2=4,所以可以兩位二進(jìn)制數(shù)表示所需狀態(tài)〔00—G、r,01—Y、r,10—R、g,11—R、y〕,循環(huán)狀態(tài)：〔00—10—11—01—00〕數(shù)字電路課程中介紹的計(jì)數(shù)器就是通過有限幾個(gè)不同狀態(tài)之間的循環(huán)實(shí)現(xiàn)不同模值計(jì)數(shù)，由此可以嘗試設(shè)計(jì)一模值為4的計(jì)數(shù)器，其輸出〔代表不同狀態(tài)〕既可以循環(huán)轉(zhuǎn)換，而且能夠控制其他局部電路。在課程設(shè)計(jì)中本人利用74LS74〔雙上升沿D觸發(fā)器〕設(shè)計(jì)模4計(jì)數(shù)器作為主控局部電路。主控電路圖如下:2〕秒脈沖產(chǎn)生電路通過555芯片按一定的線路接上不同的電阻和電容就可產(chǎn)生周期不的方波脈沖，即不同的頻率脈沖。課程設(shè)計(jì)需要秒脈沖，利用的2個(gè)電容，2個(gè)電阻。脈沖產(chǎn)生電路圖如下：3)紅綠燈〔發(fā)光二極管〕顯示電路紅綠燈顯示也是表示電路所處狀態(tài)，其必然與主控電路的狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)，受到主控電路控制，即主控電路的輸出〔Q1和Q2〕決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。如亮用1表示，滅用0表示，那么真值表如下：Q2Q1主紅(R)主黃(Y)主綠(G)支紅(r)支黃(y)支綠(g)00010100011000101010000111001100所以，R=r+y；Y=/Q2/Q1;G=Q2Q1;r=Y+G;y=/Q2Q1;g=Q2/Q1這里應(yīng)該注意:我們可以用門電路實(shí)現(xiàn)(如與門,與非門,非門等)但是這些電路不穩(wěn)定,容易出現(xiàn)錯(cuò)誤,如果能夠用中規(guī)模器件的話,我們盡量用中規(guī)模器件來(lái)實(shí)現(xiàn),因?yàn)橹幸?guī)模器件不僅較小規(guī)模器件穩(wěn)定,而且接線也教小規(guī)模器件簡(jiǎn)單.上面紅綠燈的狀態(tài)完全由Q1和Q2控制,我們可以用門電路實(shí)現(xiàn)。紅綠燈顯示電路接線如下:4〕計(jì)時(shí)局部電路a)計(jì)時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)生模塊：設(shè)計(jì)要求對(duì)不同的狀態(tài)維持的時(shí)間不同，而且要以十進(jìn)制倒計(jì)時(shí)顯示出來(lái)。限于實(shí)驗(yàn)室器材本人采用兩個(gè)74LS161完成計(jì)時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路：要以十進(jìn)制輸出，而又有一些狀態(tài)維持時(shí)間超過10秒，那么必須用兩個(gè)74LS161分別產(chǎn)生個(gè)位和十位的數(shù)字信號(hào)。顯然，計(jì)數(shù)器能夠完成計(jì)時(shí)功能，我們可以用74LS161設(shè)計(jì)，并把它的時(shí)鐘cp接秒脈沖。74LS161計(jì)數(shù)器是采用加法計(jì)數(shù)，要想倒計(jì)時(shí)，那么在74LS161輸出的信號(hào)必須經(jīng)過非門處理后才能接入數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)74LS48，而在顯示是最好以人們習(xí)慣的數(shù)字0---9顯示計(jì)時(shí)，故在設(shè)計(jì)不同模值計(jì)數(shù)器確定有效狀態(tài)時(shí)，本人以0000，0001，0010-----1111這些狀態(tài)中靠后的狀態(tài)為有效狀態(tài)。例如：有效狀態(tài)1011—1100—1101—1110—1111取反0100—0011—0010—0001—0000即4------3------2-------1------0實(shí)現(xiàn)模5的倒計(jì)時(shí)。在將74LS161改裝成其他模值時(shí)既可以采用同步清零法，也可采用異步置數(shù)法，但0000不可能為有效狀態(tài)，所以采用異步置數(shù)法完成不同模值轉(zhuǎn)化的實(shí)現(xiàn)。首先對(duì)控制個(gè)位輸出的74LS161設(shè)計(jì)：按要求對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)不同，即紅綠燈的狀態(tài)不同，個(gè)位的進(jìn)制也就要求不同。本人利用系統(tǒng)的狀態(tài)量Q2、Q1控制74LS161的置數(shù)端D3D2D1D0。當(dāng)系統(tǒng)處在G、r或R、g狀態(tài)時(shí)，個(gè)位的進(jìn)制是十〔模10〕，即逢十進(jìn)一，當(dāng)系統(tǒng)處在Y、r或R、y狀態(tài)時(shí)，個(gè)位的進(jìn)制是五〔模5〕，即逢五進(jìn)一，模10時(shí)，有效狀態(tài)為0110-----1111，置D3D2D1D0為0110，模5時(shí)有效狀態(tài)為1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D0為1011，由此有，Q2Q1D3D2D1D0001011011011100110110110所以D3=/Q2;D2=Q2;D1=1;D0=D3當(dāng)狀態(tài)為1111時(shí)，74LS161的狀態(tài)必須跳到進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，此時(shí)進(jìn)位輸出為1，我們可以把它的CO1取反接入置數(shù)端[LD]。再對(duì)控制十位輸出的74LS161設(shè)計(jì)。同設(shè)計(jì)控制個(gè)位輸出的74LS161根本類似，本人用系統(tǒng)狀態(tài)量Q2、Q1控制十位74LS161的置數(shù)端D3D2D1D0。當(dāng)系統(tǒng)處于G、r狀態(tài)時(shí)置D3D2D1D0為1101，當(dāng)系統(tǒng)處于Y、r或R、y時(shí)置D3D2D1D0為1111，當(dāng)系統(tǒng)處于R、g時(shí)置D3D2D1D0為1110，有，Q2Q1D3D2D1D0001111011111101110111101故D3=D2=1;D1=/(Q2Q1);D0=/(/Q2Q1)應(yīng)為〔D0=/(Q2/Q1)〕同理我們將CO2取反接入置數(shù)端[LD]對(duì)一些級(jí)聯(lián)的處理當(dāng)計(jì)數(shù)超過10秒時(shí)，個(gè)位需向十位進(jìn)位，此時(shí)十位計(jì)數(shù)，其它時(shí)間其保持不變，本人通過控制十位的ETt2,ETp2端實(shí)現(xiàn)這一功能，把個(gè)位的CO1接入ETt2,ETp2接1，當(dāng)個(gè)位需進(jìn)位，即完成一次循環(huán)，CO1為1，那么ETt2=ETp2=1,十位開場(chǎng)計(jì)數(shù)，其他時(shí)刻CO1=0,那么ETt2=0,ETp2=1，十位保持。設(shè)計(jì)時(shí)把CO1,CO2的與非接入主控電路的雙上升沿D觸發(fā)器的cp，當(dāng)完成一次計(jì)時(shí)，個(gè)位和十位同時(shí)完成循環(huán)，此時(shí)CO1=CO2=0,〔其它時(shí)刻為1〕cp出現(xiàn)一下降沿，觸發(fā)器計(jì)時(shí)，即系統(tǒng)跳到下一個(gè)狀態(tài)，紅綠燈轉(zhuǎn)換，計(jì)時(shí)器開場(chǎng)下一次計(jì)時(shí)。b)數(shù)字顯示模塊：我們用數(shù)碼管將計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的信號(hào)以數(shù)字形式顯示出來(lái)，其中包括接數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)7448。將十位數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的[LT]、[BI]、[RBI]接1。記時(shí)局部電路如下：四．總體電路圖關(guān)鍵電路波形圖六、調(diào)試過程中的問題當(dāng)我設(shè)計(jì)好電路圖，并確定其正確性以后，在面包板上連接好電路，并進(jìn)展調(diào)試。盡管之前已確定電路圖的正確性，但是在調(diào)試時(shí)，仍然出現(xiàn)了很多問題。例如：線路的兩個(gè)接頭接錯(cuò)位置；芯片布局不合理，導(dǎo)致接線時(shí)容易使線路穿插；芯片未接電源或地線；接線時(shí)線頭未插入面包板里，使線路無(wú)效；甚至在某些復(fù)雜的線路處，漏接線路，或者接在其它接口處〔這極易使線路短路〕等。這一系列的問題，經(jīng)過仔細(xì)的檢查后，能夠找到并予以改正，但還有一種問題是很難找到的。當(dāng)我確定所設(shè)計(jì)的電路圖的正確性，并確定接線正確以后，在進(jìn)展調(diào)試時(shí)，仍然出現(xiàn)了問題，如：二極管發(fā)光的順序不正確；計(jì)數(shù)器置數(shù)時(shí)出錯(cuò)。這種問題我在遇見幾次以后仍然沒找到原因所在，有時(shí)在接線并調(diào)試正確，且實(shí)現(xiàn)其功能后，當(dāng)過一段時(shí)間再次調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中居然又出現(xiàn)了問題，主要是因?yàn)殡娐钒宀环€(wěn)。七．分析總結(jié)：通過這兩周的課程設(shè)計(jì)，使我感悟最深的是數(shù)字電路設(shè)計(jì)需要的是深厚的知識(shí)功底和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。好的電路設(shè)計(jì)不僅要求正確，而且是最簡(jiǎn)單的，這里說的最簡(jiǎn)單不是說要每個(gè)器件都要最簡(jiǎn)單的，如果那樣我們也不必去選擇器件，只需用門電路就可以設(shè)計(jì)了，我們要的是對(duì)整體電路來(lái)講是最簡(jiǎn)的，盡量在功能齊全的前提下減少所用器件的數(shù)量。另外對(duì)于電路本身存在一個(gè)平安穩(wěn)定性問題,所以在面包板上接線時(shí)，盡量用一根導(dǎo)線將輸出和輸入接通，因?yàn)閷?dǎo)線中間每斷一次都是電路的一個(gè)平安隱患。當(dāng)覺得電路設(shè)計(jì)方案沒有問題時(shí)就可以在面包板上接線了。另外，我們還最好是接好一個(gè)模塊后通電檢測(cè)，有問題就檢查修改電路，直到這一模塊正常再對(duì)下一個(gè)模塊接線。布線完成后，接下來(lái)就該調(diào)試電路，這是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。結(jié)果錯(cuò)誤的可能原因有