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1、数字电子技术课程设计Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.目 录录1设计计的任务务与要求求12.方案案论证与与选择223. 单单元电路路的设计计和元器器件的选选择63.1 五秒倒倒计时减减数电路路的设计计663.2 二十十秒倒计计时减数数电路的的设计93.3三三十秒倒倒计时减减数电路路的设计计1003.4 状态译码码电路的的设计1113.5交交通灯状状态显示示电路的的设计1133.6交交通灯定定时电路路的设计计15 3.77 交通通灯故障障检测电电路的设设计221 3.88状态控控制器电电路的设
2、设计23 3.99人行道道的指示示灯电路路的设计计2243.100 紧急急情况时时，手动动开关控控制电路路的设计263.111干道通通行时间间调整电电路的设设计273.122 手动清清零及数数字闪烁烁电路的的设计2283.133主要元元器件的的选择30 4.系系统电路路总图330 5.经验体体会330 6.参参考文献献332 附录AA：系统统电路仿仿真图333附录B：元器件件清单35十字路口口交通灯灯控制电电路的设设计1.设计计任务与与要求1.1 设计目目的随着生活活水平的的提高，家家庭汽车车拥有量量越来越越多，城城市交通通堵塞问问题越来来越严重重，解决决城市的的交通拥拥挤问题题越来越越紧迫。
3、交交通灯在在这个交交通环境境中起着着一个重重要的角角色，是是交通管管理部门门管理交交通的重重要工具具。十字字路口的的红绿灯灯指挥着着行人和和各种车车辆的安安全运行行。智能能的交通通灯能有有效地缓缓解城市市的交通通压力，减减少交通通事故；为人民民节省大大量出行行时间，创创造出更更多的社社会价值值。 本文运用用数字电电路理论论知识自自行设计计一个较较为完整整的小型型数字系系统。通通过系统统设计、Multisim软件仿真、电路安排与调试，在此次设计中学会初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，以及提高实际应用水平。1.2设设计内容容1.设计计一个十十字路口口的交通通灯控制制电
4、路，十字路口分为主干道、次干道，两干道交替运行，红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。主干道放行时间为30秒，次干道为20秒。2. 每次绿绿灯变红红灯，黄黄灯先亮亮5秒（另另外一条条道上依依然是红红灯）。3. 干道上上有数字字显示的的时间提提示，方方便人们们把握时时间，具具体要求求主、次次道上通通行时间间和黄灯灯亮都是是秒减计计数。4. 黄灯亮亮时，红红灯闪烁烁。6同时时设置人人行横道道红、绿绿、黄灯提示，并并且绿灯灯闪烁。 7. 考虑到到特殊车车辆情况况，可设置一个个紧急转转换开头头。它可可使紧急急红灯闪闪烁，蜂蜂鸣器提提示。8. 可可适当设设置干道道通行时时间，两个方方向能根根据车流流量
5、大小小自动调调节通行行时间，车车流量大大，通行行时间长长，车流流量小，通通行时间间短。9.时间间显示，手动清清零，以以及用七七段数码码显示管管的显示示管数字字闪烁。10. 设计故故障检查查电路。1.3 设计要要求1.用MMulttisiim仿真软软件仿真真电路，并并进行调调试；2.写出出设计的的全过程程，附上上有关电电路图和和资料，最最后有心心得体会会。3.附带带元器件件及参数数；2.方案案论证与与选择2.1十十字路口口交通灯灯的系统统设计十字路口口交通灯灯的系统统图如图图1，秒脉脉冲发生生器产生生整个定定时系统统的基脉脉冲，由由减法计计数器对对显示时时间减数数达到控控制每种种工作状状态的持持
6、续时间间，当减减法计数数器的回回零脉冲冲使状态态控制器器完成状状态转换换，与此此同时，状状态译码码器根据据系统的的下一个个工作状状态决定定下一个个减计数数的初始始值。减减法计数数器的状状态有BCD译码器器、显示示管显示示。在黄黄灯亮期期间，状状态译码码器将秒秒脉冲引引入红灯灯控制电电路，让让红灯闪闪烁。秒脉冲发生器置数控制状态控制器减法计数器状态译码器红灯闪烁控制显示时间人行道信号灯主干道信号灯次干道信号灯图1十字字路口交交通灯的的系统图图2.2十十字路口口交通灯灯的状态态控制器器设计十字路口口交通灯灯信号流流程图见见图2,可将其其分为四四种状态态。表示示主干道道绿灯亮亮，次干干道红灯灯亮。表
7、表示主干干道黄灯亮，次次干道红红闪烁。表示主主干道红红灯亮，次次干道绿绿灯亮。表示主干道红灯闪烁，次干道黄灯亮。状态编码及状态转换图如下：A3=11A1=01A2=10A0=00主干道绿灯亮次干道红灯亮30进制减法器减一三十秒未到主干道黄灯亮次干道红闪烁5进制减法器减一五秒未到主干道红灯亮次干道绿灯亮20进制减法器减一二十秒未到主干道红灯闪烁次干道黄灯亮5进制减法器减一五秒未到图2交通通灯信号号流程图图2.3 DCCD_HHEX与七段段数码显显示管Multtisiim中，两者者之间都都可显示示，它们们各有优优势，显显然七段段数码显显示显示示管可在在电路中中实现更更多的功功能，比比如实现现数字闪
8、闪烁。具具体见所以我选选取了DCDD_HEEX来进行行定时电电路的显显示，使使用方法法见图3，使用方方法如下下：图3七段段数码管管显示图图2.4 秒脉冲发发生器通常，秒秒脉冲发发生器选选择如图图4，它们都都能产生生方波。其中555定时器器很精确确，但在在此次方方正过程程中，我我采用右右边的脉脉冲发生生器作为为秒脉冲冲发生器器。图4秒脉脉冲发生生器3.单元元电路的的设计和和元器件件的选择择3.1五五倒计时时减数电路路的设计计由74LLS1992D、DCDD_HEEX、74LLS322D、方波发发生器等等组成。其中DCCD_HHEX是十六六进制的的显示管管，74LLS322D是或门门，744LS1
9、192DD的功能能如下所所述。具具体电路路见图5。减数器的的实现：根据744LS1192DD的特点点，脉冲冲从DOWWN端接入入。置入入01001后实现现减数功功能，当当减到数数码管显显示为零零，通过过或门实实现置数数端为低低电平，将0101置入。 图5五秒秒倒计时时电路图图仿真图图74LSS1922D的引引脚图见见图6，真值值表见图图7。图6744LS1192DD的引脚脚图图7744LS1192DD的真值表表功能叙述述：74LLS1992D管管脚图中中，QA、QB、QC、QD为计数数输出端端；DOOWN为减脉脉冲输入入端，UP为加脉脉冲输入入端；CLR为清零零端，当当该管脚脚为高电电平时，输
10、输出端清清零，为为00000；A、B、C、D用于为为计数器器预置初初始计数数值；LLOADD端为置置数端，低低电平有有效，输输出端分分别为输输入端A、B、C、D的电平平。BO用于输输出一个个宽度等于减计计数输入入的脉冲冲，用于于级联下下级减计计数，CO用于输输出一个个宽度等等于加计计数输入入的脉冲冲，用于于级联下下级加计计数。3.2二二十秒倒倒计时电电路的设设计由74LLS1992D、DCDD_HEEX、方波发发生器、74LLS000D 组成。MMulttisiim仿真电电路图见图图8。实现原理理：由于于是两位位数，需需要两个个DCDD_HEEX来显显示倒计计时时间间，74LSS1922D也需
11、需要两个个。如图图所示，低低位芯片片借位端端BO连接高高位的减减脉冲输输入端DOOWN，这这样可以以实现借借位。当当高位为为0时，低低位再次次借位是是，在那那一瞬间高位位出现9，而马马上由与与非门置置为2或3。加脉脉冲端UP端接高高电平，清清零端CLLR接低电电平。图8 二十秒秒倒计时时电路仿仿真图3.3三三十进制制减数电电路设计计由74LLS1992D、DCDD_HEEX、方波发发生器、74LLS000D 组成。其其实现原原理同33.2。它们只不不过置数数端有所所差异。3.2高位芯芯片置入入00110，而在在这高位位芯片置置入00111。Multtisiim仿真电电路图见见图9。图9三十十秒
12、倒计计时电路路仿真图图3.4 状态译码码电路的的设计主、次干干道上红红、黄、绿信号号灯的状状态主要要取决于于状态控控制器的的输出状状态。真值表如如下：状态控制制输出主干道信信号灯次干道信信号灯00001100010101001010000111100010 表11状态译译码电路路设计原原理由真值表表得逻辑辑表达式式如下：主干道红红黄绿灯灯： ； ； ；次干道红红黄绿灯灯： ； ；3.5 交通灯灯状态显显示电路路的设计计主要元件件有：红红、黄、绿指示示灯、三态门门电路74LLS1225N、电阻构成成。在设计中中，我采采用了彩彩色指示示灯（或或发光二二极管）模拟交通灯，状态译码器电路见下图。 由3
13、.3的信号灯真值表可知，当黄灯亮时，红灯闪烁，无论如何，黄灯亮时，一定是为高电平，即为低电平，这样就可利用信号去控制三态输出高有效四总线缓冲门（74LS125N）引脚图见下，当为高电平时，将脉冲信号连接到驱动红灯的与非门一端，这样就可使红灯闪烁（黄灯亮时），如果三态门电路被封锁，那么红灯不再受黄灯信号影响。74LSS1255N引脚图图见图100：图10 74LLS1225N引脚图图当时，。 ，高阻阻态，封封锁。根据3.3的信号号灯逻辑辑表达式式和上述述原理，通过Multisim仿真得图11：图11 交通灯灯状态显显示电路路仿真图图注意：指指示灯为为高电平平时，才才会被点点亮。和和的状态态通过状
14、状态控制制器来控控制。通通过控制制绿灯主主干道绿绿灯亮、次干道道红灯亮亮时数码码管的计计数显示示，控制绿绿灯主干干道红灯灯亮、次干道道绿灯亮亮时数码码管的计计数显示示，控制黄黄灯亮、红灯闪闪烁时数数码管计计数显示示。3.6交交通灯定定时电路路的设计计根据设计计内容，交交通灯控控制系统统要求带带有不同同定时的的定时器器，来完完成30秒、20秒、5秒的定定时任务务，定时时器可由由两片74LLS1992D构成两两位十进进制可预置置减法计计数器；时间状状态由两两只DCDD_HEEX管显显示。十十字路口口设计时时，应用用四只显显示管显显示，具具体见总总图如何何摆设。可预置减减法计数数器的时时间通过过三片
15、八八同相三三态总线线收发器器74LLS2445DWW来完成成，其引脚脚图见图图12。三片744LS2245DDW的输输入数据据分别为为 30（，001110000）、20（，0011000000）、5（，0000001101）三个个不同的的数字，任任一输入入数据到到减法计计数器的的置入由由状态控控制器的的输出信信号控制制不同774LSS2455DW的的选通信信号来实实现。当状态处处于和时，黄黄灯亮，红红灯闪烁烁。由设设计内容容可知持持续时间间为5秒，则则由控制制信号去去控制74LLS2445DWW的选通通信号，由由于74LLS2445DWW的选通通信号要要求低电电平有效效，因此此接一反反相器成
16、成为来接接相应74LLS2445DWW。同理，当当状态处处于，由由设计内内容可知知持续时时间30秒时，此此时74LLS2445DWW的选通通信号应应接主干干道绿灯灯信号。当当状态处处于，由由设计内内容可知知持续时时间20秒时，74LLS2445DWW的选通通信号应应接次干干道绿灯灯信号。注意：置置数端十十位为零零时，各各位也为为零时，将将会产生生一个借借位脉冲冲，此时时十位会会在瞬时时为九，但但由于是是异步置置数，很很快的九九会被所所置数覆覆盖。图12 774LSS2455DW引脚图图功能叙述述：744LS2245DDW是人人们常用用的芯片片，用来来驱动led或者其其他的设设备，它它是8路同相
17、相三态双双向总线线收发器器，可双双向传输输数据。74LSS2455DW有有双向三三态功能能，既可可以输出出，也可可以输入入数据。当当片选端端G低电平平有效时时，DIRR=“0”，信号号由 B 向 A 传输；（接收收）。当当DIRR=“1”，信号号由 A 向 B 传输；（发送送）当GG为高电电平时，A、B均为高高阻态。在我的这这个设计计中，74LLS2445在置置数中起起到了重重要作用用。三个744LS2245DDW的驱驱动方法法见图113。图13 774LSS2455DW的驱动动图根据上述述原理，通通过Mulltissim仿真可可得图14。图14交交通灯定定时电路路仿真图图当我绘好好交通灯灯定
18、时电电路后，需需要对每每个状态态进行测测试。具具体如下下。3.6.1 ：主干道道绿灯亮亮，次干干道红灯灯亮，持持续时间间30秒，即。测试图图见图（15）：图15状状态仿真真测试图图3.6.2：主干道道黄灯亮亮，次干干道红灯灯闪烁，持持续时间间5秒 ，：主干干道红灯灯闪烁，次次干道黄黄灯亮。即即：。测试图图见图16。图16、状态仿真真测试图图3.6.3：主干道道红灯亮，次次干道绿绿灯亮，持续续时间220秒，即。测试图图见图17。图17状状态仿真真测试图图3.7 交通灯灯故障检检测电路路的设计计的设计计正常时：红（R）、绿绿（G）、绿绿与黄（Y）同时时亮。若设各灯灯亮为1，灭为0，出现现故障时时输
19、出LL为1，否则则为0。列真真值表如如下： R Y GGL0 0 0010 0 1100 1 0010 1 1101 0 0001 0 1111 1 0011 1 111表2 交通灯灯故障检检测电路路设计原原理根据真值值表，写写出逻辑辑表达式式为：卡诺图，化化简得：仿真时，灯灯亮表示示信号灯灯存在故故障，需需要检查查电路。见图（18）。图18交交通灯故故障检测测仿真电电路图3.8 状态控控制器电电路的设设计该控制器器利用一个个（加法法器），真真值表见见图19，加法器器执行状状态顺序序：，当当为11是时，执执行清零零操作。仿真图见20。图19 744LS1163DD真值表表图20状状态控制制器仿
20、真真电路图图3.9 人行道道的指示示灯电路路的设计计当某干道道允许通行行时，该该干道的的人行道道禁止通通行指示示灯可设设置为图图21。连连线方法法是将红红色指示示灯逐个个并联。排排成手掌掌形状。当当某干道道禁止通行行时，该干道道的人行行道指绿绿色通行行指示灯灯可设置置为图222。逐逐个排列列，排成成一个人人在走的的简单图图形，并并且绿色色指示灯灯烁。当主干干道通行行时，主主干道人人行道指指示灯为为红灯，次次干道指指示灯为为绿灯。反反之，亦亦然。当当黄灯亮亮，红灯灯闪烁时时人行道道黄灯提提示行人人看下十十字路口口左右。其其仿真图图见图223。为了使电电路简化化，可用用单个指指示灯代代替图样样指示
21、灯灯，具体体见图24。图21禁禁止通行行指示灯灯仿真电电路设计计如图211所示，当当接入高高电平时时人行道道红灯才才会亮，提提示行人人止步。图22通通行指示示灯仿真真电路设设计如图222所见，只只有三态态门G端接低低电平时时，三态态门才导导通，这这样方波波源会使使绿灯闪闪烁，这这样效果果会更好好些。图23 黄色指指示灯仿仿真电路路设计图24 替代的的仿真电电路图3.100 紧急情情况时，手手动开关关控制电电路的设设计 将将双向开开关与信信号发生生器相连连如图25的左下角角，在加加上两个个指示灯灯，可实实现十字字交通路路口两边边都有红红色指示示灯。图25手手动开关关控制仿仿真图如图255所示，主
22、主次干道道红灯的的设计，手手动开关关如黑色色椭圆所所圈，当当开关拨拨到此处处，则主主次干道道上时间间显示停停止，红黄绿绿灯不变变，蜂鸣器器发声，紧急红灯闪烁。提示行人出现紧急状态。3.111调整干道道通行时时间电路路的设计计在根据车车流量调调整干道道通行时时间，具具体是加入手手动开关关进行控控制，仿仿真图如如图26。图26调调整干道道通行时时间仿真真图如上图所所示，根根据车流流量调整整通行时时间，可可利用手手动开关关使主次干道通通行时间间以及黄黄灯亮的的时间。根根据需要要可随心心所欲地地拨动开关关来调整整主次干干道1550s内的整十十的数，黄灯的的调整范范围:015秒。这这样方便便十字路路口交
23、警警在适当的的时候进进行适当当调整。3.122 手动清清零及数数字闪烁烁电路的设计当需要显显示清零零时，可可设置如如图27所示手手动开关关。当需需要数字字闪烁时时，如图图28所示设设计。图27手手动清零零仿真图图图28 手动设设置，数数字闪烁烁仿真图图3.133主要元元器件的的选择1.DCCD_HHEX管4个或四个个七段译译码显示示管4个；2. 74LLS477译码器器2块；3. 指指示灯114个；4. 774LSS1922D集成块块2块；5.744LS2245DDW集成块块3块；6.三态态门电路路74LLS1225N三三块；4.系统统电路总总图将设计的的各个单单元电路路进行级级联，得得到仿真
24、真的十字字路口交交通灯控控制电路路图，见附附录A。5经验验体会通过这次次课程设设计，加加强了我我们动手手、思考考和解决决问题的的能力。在在整个设设计过程程中，我我围绕实实现设计计内容，我我设计了了一套电电路原理理并仿真真出来。在设计过过程中，经经常会遇遇到这样样那样的的情况，就就是心里里想老着着这样的的接法可可以行得得通，但但实际接接上电路路，总是是实现不不了，因因此耗费费在这上上面的时时间用去去很多。我做课程程设计同同时也是是对课本本知识的的巩固和和加强，书本上的知识是基础，用软件仿真时，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。仿真时，有有时行，有有时不行行，经过过分
25、析，我我发现开开关靠的的太近会会影响电电路。有时采用用的指示示灯太多多，会产产生很大大的延时时，这样样不能克克服，只只好加大大脉冲发发生器的的频率。另另外是当当出现紧紧急情况况时，实实现时间间闪烁，紧紧急红灯灯亮，蜂蜂鸣器响响时，只只能用七七段译码码显示管管，开关关用两个个，在实实现这个个功能时时，走了了许多弯弯路。当当然在交交通灯指指示状态态时，也也花费了了不少精精力。总总之，在在仿真过过程中是是在不断断实践，不不断构思思，不断断改进功功能，最最终完成成仿真，这这个过程程感触挺挺深的！但对我而而言，知知识上的的收获重重要，精精神上的的丰收更更加可喜喜。人生生路上，挫折是一份财富，经历是一份拥
26、有。不会没有它的价值。在设计的的过程中中遇到问问题，可可以说得得是困难难重重，这这毕竟第第一次做做的，难难免会遇遇到过各各种各样样的问题题，同时时在设计计的过程程中发现现了自己己的不足足之处，但经过自己的努力，认真分析，最后完成了仿真。最让感触触最深的的是：没没有自己己不会的的，只要要你愿意意去学。参考文献献：1 张建华.数字电电子技术术M. 北京: 机械工工业出版版社, 20000.2 郭锁利.基于Mulltissim99的电子子系统设设计仿真真与综合合应用M.北京：人民邮邮电出版版社,20008.3 姚福安.电子电电路设计计与实践践M.济南：山东科科技大学学出版社社，20001.4电电子电
27、路路图网. htttp:/m .5 中国电电子网.htttp:/wwww.221icc.coom.6 刘南平平，李擎擎.数字电电子技术术M.北京：科学出出版社，20005.7 童诗白白，徐振振英. 现代电电子学及及应用M. 北京：高等教教育出版版社，119944.8孙孙梅生，李李美莺，徐徐振英. 电子子技术基基础课程程设计M. 北京京：高等等教育出出版社,20004.9梁梁宗善. 电子技技术基础础课程设设计M. 武汉：华中理理工大学学出版社社.20003.10张玉璞璞，李庆庆常. 电子技技术课程程设计M. 北京：北京理理工大学学出版社社.20000.11彭介华.电子技技术课程程设计指指导M.北
28、京：高等教教育出版版社,20001.附录A：系统电电路仿真真总图DCD_HEXX显示时时间的总总电路七段数码码显示管管显示时时间的总总电路附录B：元器件件清单序号名称型号、规规格数量174LSS1922D2274LSS11NN2374LSS04DD15474LSS2455DW3574LSS1633D1674LSS00DD8774LSS1255N38 744LS4472974LSS33NN21074LSS08DD211Swittch1712SEVEEN_SSEG_COMM413CLOCCK_VVOTAAGE314BUZZZER115PROBBE1616DCD_HEXX417181920212223242549