1、湖南文理學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：數(shù)電課程設(shè)計(jì)系部：電氣工程系專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：李輝指導(dǎo)教師：王 麗 娟完成時(shí)間：年月日?qǐng)?bào)告成績(jī)：評(píng)閱意見：評(píng)閱教師日期目錄一、 課程設(shè)計(jì)目的及要求 二、 設(shè)計(jì)原理與參考電路 三、 調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法四、 心得體會(huì)及建議五、 參考文獻(xiàn)2 / 13交通信號(hào)燈控制器一、 課程設(shè)計(jì)目的及要求. 設(shè)計(jì)目的數(shù)字電子電路是中央電大理工科開放?？齐娮有畔⒓夹g(shù)專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課。該課程不僅具有自身的理論體系且是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。 本課程的任務(wù)是解決電子技術(shù)入門的問(wèn)題， 使學(xué)生掌握數(shù)字電子電路的基本工作原理、 分析方法和基本技能，為深入學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事有關(guān)電

2、子技術(shù)方面的實(shí)際工作打下基礎(chǔ)。數(shù)電的鮮明特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性教學(xué)， 注重工程素質(zhì)培養(yǎng)和專業(yè)基本訓(xùn)練。 因此加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)課改革， 是數(shù)電課程建設(shè)的重要任務(wù)之一。 實(shí)踐是學(xué)習(xí)電子線路知識(shí)和培養(yǎng)電子線路能力的最有效的途徑， 實(shí)驗(yàn)是對(duì)理論學(xué)習(xí)的強(qiáng)化和補(bǔ)充。國(guó)外許多學(xué)校電子線路的教學(xué)重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)室而不在教室， 國(guó)內(nèi)許多學(xué)校加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)采取實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課，這些做法都是有益的。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問(wèn)題的現(xiàn)狀， 結(jié)合實(shí)驗(yàn)闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計(jì)出一種簡(jiǎn)單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案。. 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路， 要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，甲車

3、道（主干道）放行秒，乙車道（支干道）通行時(shí)間為秒；在每次由綠燈變成紅燈的轉(zhuǎn)換過(guò)程中間， 要亮秒的黃燈作為過(guò)度， 以使行使中的車輛有時(shí)間停到禁止線以外；由于主干道車輛較多而支干道車輛較少， 所以主干道處于常允許的狀態(tài)， 而支干道有車輛來(lái)時(shí)才允許通行。 當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)， 支干道亮紅燈。 而支干道允許通行亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。二、設(shè)計(jì)原理與參考電路分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖3 / 13交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖所示。 它主要由控制器、 定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。 秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)， 經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)

4、動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。圖中：: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時(shí)間間隔為秒，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，否則，。：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為秒。定時(shí)時(shí)間到，否則，。：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后， 由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。 由它控制定時(shí)器開始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。甲車定時(shí)器道 信號(hào)燈秒脈沖發(fā)生譯碼器器控制器乙車圖道信號(hào)燈（）圖甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮滿規(guī)定的時(shí)間隔時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通

5、行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮滿規(guī)定的時(shí)間間隔時(shí)， 控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)， 轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行。 黃燈亮滿規(guī)定的時(shí)間間隔時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（）種工作狀態(tài)。4 / 13交通燈以上種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為、，并分別用、表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表所示，控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈

6、的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)合二為一，并作如下規(guī)定：（ 1） 圖甲車道綠燈亮， 乙車道紅燈亮。 表示甲車道上的車輛允許通行， 乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔時(shí)， 控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)， 轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔時(shí)， 控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)， 轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通

7、行，乙車道上位過(guò)縣停車線的車輛停止通行， 已過(guò)停車線的車輛停止通行， 已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔時(shí)， 控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)， 系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第 （）種工作狀態(tài)。交通燈以上種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為、，并分別用、表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表所示，控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)合二為一，并作如下規(guī)定：表 控制器工作狀態(tài)及功能控制狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)（）甲綠乙紅 甲車道通行，乙車道禁止通行（）甲黃乙紅 甲車道緩行，乙車道禁止通行（）甲紅、乙綠甲車道禁止通行，甲車道通行（）甲紅，

8、乙黃甲車道禁止通行，甲車道緩行甲車道綠燈亮乙車道綠燈亮甲車道黃燈亮乙車道黃燈亮甲車道紅燈亮5 / 13乙車道紅燈亮、邏輯總圖如所示圖交通燈控制電路總邏輯圖、單元電路的設(shè)計(jì)（）秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器由電路及外圍電路組成，其中的電阻電容值決定了脈沖寬度。圖秒脈沖發(fā)生器原理圖6 / 13如圖所示，、組成一個(gè)串聯(lián)充放電電路，在的腳上輸出一個(gè)方波信號(hào)，上得到一個(gè)三角波。此三角波送到的腳輸入端。由內(nèi)部的比較器和門電路共同作用，維持腳上的方波信號(hào)和腳上的輸出方波。（）定時(shí)器定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)作用下， 首先清零，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下， 計(jì)

9、數(shù)器從零開始進(jìn)行增計(jì)數(shù)，向控制器提供模的定時(shí)信號(hào)和模的定時(shí)信號(hào)。計(jì)數(shù)器選用集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。是位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。其功能表如表所示。圖中，是低電平有效的同步清零輸入端，是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端， 、是計(jì)數(shù)狀態(tài)選擇端，是進(jìn)位輸出端，是并行數(shù)據(jù)輸入端， 是數(shù)據(jù)輸出端。表功能表其工作原理為：由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖分別送給兩個(gè)的清零端處。如圖所示：輸入端 3.4.5 分別接地 . 。的和與的相連。 . 即：只有當(dāng)時(shí)處產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖時(shí)才能觸發(fā)中的產(chǎn)生脈沖同時(shí)和中的下作用產(chǎn)生脈沖。在中共同作用下將信號(hào)分別送給和的。可以得到和非是秒脈沖的倍；和非的結(jié)果是秒脈沖

10、的7 / 13圖定時(shí)器部分的工作圖（）控制器控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表所示。選用兩個(gè)觸發(fā)器、做為時(shí)序寄存器產(chǎn)生 種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為和， 當(dāng)控制器處于 狀態(tài)時(shí)，如果 ，則控制器保持在狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到 狀態(tài)。這兩種情況與條件無(wú)關(guān)，所以用無(wú)關(guān)項(xiàng) 表示。其余情況依次類推， 同時(shí)表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信8 / 13號(hào)?？刂破髟韴D如圖所示。圖控制器原理圖表 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表根據(jù)上表可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號(hào)方程，其方法是：將、和 為的項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中 用原變量表示， 用反變量表示，

11、9 / 13然后將各與項(xiàng)相或，即可得到下面的方程：根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能。 圖中、構(gòu)成上電復(fù)位電路。控制器原理圖如圖所示。由兩個(gè)雙多路轉(zhuǎn)換器和一個(gè)雙觸發(fā)器組成控制器。觸發(fā)器記錄種狀態(tài)，多路轉(zhuǎn)換器與觸發(fā)器配合實(shí)現(xiàn)種狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。其原理為：分別送給和的和的清零端。將接入的和的和；接入的。如上圖所示：。兩個(gè)觸發(fā)器作為時(shí)序寄存器產(chǎn)生種狀態(tài)。 選用數(shù)據(jù)選擇器來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)觸發(fā)器的輸入函數(shù)， 將觸發(fā)器的的現(xiàn)態(tài)值加到的數(shù)據(jù)選擇端作為控制信號(hào)， 即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能。（）譯碼器譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出、

12、 的種工作狀態(tài)， 翻譯成甲、 乙車道上個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系如表所示。表中、代表甲、乙車道。控制器狀態(tài)編碼與信號(hào)燈關(guān)系表10 / 13圖譯碼器部分原理圖由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生了周期性變化的脈沖，一部分送給了定時(shí)器的芯片，另一部分送給了控制器的芯片。 在脈沖同時(shí)加到定時(shí)器芯片的情況下， 通過(guò)芯片將會(huì)輸出。；。即和放大的結(jié)果是秒脈沖的倍；和放大的結(jié)果是秒脈沖的倍。前者輸出的信號(hào)是后者的。將定時(shí)器輸出的。；。分別作用于控制器的芯片中，在脈沖置于芯片中會(huì)輸出高低變化的電平。 控制器中的信號(hào)在送給由芯片組成的譯碼器后再通過(guò)電路中的指示燈和歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電

13、路， 這種電路的結(jié)果最終通過(guò)小燈的正常閃爍來(lái)實(shí)現(xiàn)。四、調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法電路圖設(shè)計(jì)出來(lái)后， 接下來(lái)的工作變是仿真實(shí)驗(yàn)操作， 按圖接好后開始驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的準(zhǔn)確性，也就是進(jìn)行調(diào)試。剛開始的時(shí)候， 電路沒有反應(yīng)， 根本不能實(shí)行燈的控制功能， 找過(guò)來(lái)幾個(gè)同學(xué)，但是都沒有解決問(wèn)題，看上去電路實(shí)在沒怎么出錯(cuò)，但就是有錯(cuò)誤找不出。于是無(wú)奈之下跑到圖書館借了相關(guān)的參考書，看了好半天也沒得到結(jié)論。 正當(dāng)我11 / 13焦頭爛額之時(shí)，老師發(fā)現(xiàn)了我的一出錯(cuò)誤：芯片管角接錯(cuò)了。我摸著頭，這才發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤原來(lái)這么簡(jiǎn)單， 自己竟然沒找出來(lái)， 不過(guò)我很快反應(yīng)過(guò)來(lái)， 找到了解決的辦法：找來(lái)了書進(jìn)行參考。完成了第一個(gè)調(diào)

14、試任務(wù)后， 我又發(fā)現(xiàn)，紅綠燈的控制不是太符合要求。 當(dāng)然，理論上錯(cuò)誤應(yīng)該出在設(shè)計(jì)思路。 于是我很自然的想到查看自己的思路有沒有不對(duì)的地方，但令我失望的是理論上再也找不出錯(cuò)誤。仔細(xì)看著圖，思索良久，老師講過(guò)邏輯電路的“型”冒險(xiǎn)與“型”冒險(xiǎn)，那么說(shuō)問(wèn)題可能出在通電由于不穩(wěn)定競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致電路瞬間出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，后來(lái)證實(shí)確實(shí)是這樣，解決辦法如下：代數(shù)法消除冒險(xiǎn)；卡諾圖法消除冒險(xiǎn)；加選通門；加吸收電容。最后還面臨了一次調(diào)試，那就是電路不穩(wěn)定所引起的燈忽暗忽明。解決的辦法就是盡可能的選取直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)定性能好的， 再就是選擇干擾信號(hào)少一點(diǎn)的環(huán)境來(lái)做。四、心得體會(huì)及建議選題過(guò)程：指導(dǎo)老師經(jīng)過(guò)充份的思考和考慮我們的

15、學(xué)習(xí)情況以及個(gè)人興趣等等，建議我們選定了“ 交通燈控制電路 ”這個(gè)題目。這題目可以讓我們認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)軟件這方面知識(shí)查找教材，資料，相應(yīng)軟件，為了這次課程設(shè)計(jì)，我們?cè)趫D書館查找了大量的相關(guān)資料，終于被我找全了和本次課程設(shè)計(jì)相關(guān)的不懂問(wèn)題。根據(jù)所分析的系統(tǒng)的電路原理圖， 結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求， 在環(huán)境下進(jìn)行元器件之間的連線和編譯與仿真，及時(shí)檢查元器件的放置、連線是否有錯(cuò)誤。根據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求， 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，排除所有實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤并實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。在老師的指導(dǎo)下， 通過(guò)學(xué)習(xí)交通燈系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)一種設(shè)計(jì)電子的軟件，增加了我們對(duì)電子設(shè)計(jì)的了解。隨著電子自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，通過(guò)電路設(shè)計(jì)來(lái)制

16、定其芯片的內(nèi)部功能，所用到的就是可編程器件。 可編程器件其功能之卓越和成熟已經(jīng)令當(dāng)今的電子工程師們贊嘆不已，它不但容量大， 更突出的是其芯片的在系統(tǒng)可編程技術(shù)。也就是技術(shù)，技術(shù)打破了產(chǎn)品開發(fā)時(shí)必須先編程后裝配的慣例，而可以先裝配后編程。技術(shù)使得系統(tǒng)內(nèi)硬件的功能象軟件一樣被編程配置，可以說(shuō)可編程器件真正的做到了硬件的“軟件化”自動(dòng)設(shè)計(jì)，這就是當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)?？梢院敛豢鋸埖恼f(shuō)由于可編程器件的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法和過(guò)程得到了一次革命和飛躍。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們對(duì)于技術(shù)多多少少有了一些了解， 技術(shù)發(fā)展迅速， 有著廣闊的應(yīng)用前景，設(shè)計(jì)面廣，內(nèi)容豐富，它用軟件的方法設(shè)計(jì)硬件；用軟件方式設(shè)

17、計(jì)的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成的；在設(shè)計(jì)過(guò)程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真；系統(tǒng)可現(xiàn)場(chǎng)編程， 在線升級(jí)； 整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，體積小，功率低，可靠性高。技術(shù)以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方法，以計(jì)算機(jī)， 大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過(guò)有關(guān)的開發(fā)軟件， 自動(dòng)完成用軟件方式設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯，邏輯化簡(jiǎn)，邏輯分割，邏12 / 13輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線，邏輯仿真，直至特定目標(biāo)芯片的適配便宜，邏輯映射，編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)。其中大規(guī)?？删幊唐骷抢眉夹g(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的載體， 硬件描述語(yǔ)言是利用技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要表達(dá)手段， 軟件開發(fā)工具是利用技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化的自動(dòng)化設(shè)計(jì)工具， 實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)則是利用技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的下載工具及硬件驗(yàn)證工具。此次實(shí)驗(yàn)不但提高了我們實(shí)踐的能力和理論水平， 而且對(duì)于我們認(rèn)識(shí)掌握各種操作技巧具有重大意義， 使我們的綜合素質(zhì)得到了很大的提高。 當(dāng)然，通過(guò)這次實(shí)習(xí)，對(duì)我的影響遠(yuǎn)不只以上這些， 它對(duì)我在以后的學(xué)習(xí)和生活中將會(huì)起到不可估量的作用。 因此，學(xué)校安排的這次課程設(shè)計(jì)的目的顯然會(huì)在我們這些