1、电子技术课程设计报告学 院： 工程学院 专 业：电气工程及其自动化班 级： 电气 0902 姓 名： 史瑞 学 号： 220090602 指导教师： 韩翠霞 20 11 年 12 月 23 日目 录11.课程设计目的22.课程设计任务和要求23.设计内容23.1 方案及选择说明.23.2 控制分析.34.元器件清单105.设计总结116 参考书目111.课程设计目的21)结合所学的电子电路的理论知识完成电子技术课程设计；2）通过该设计学会并掌握常用电子元器件的选择和使用方法；3）提高自己综合分析问题和解决问题的能力。2.课程设计任务和要求2.1 课程设计任务随着社会的进步，工业进程的不断加深，
2、汽车作为最方便的交通工具已经进入了万千普通家庭，在他带来方便的同时也产生了许多问题，尤其是它造成的城市交通堵塞问题很严重。为了有效地指挥城市交通，减少交通事故的发生，利用数字逻辑电路设计的红绿灯可以有效地指挥城市交通，减少交通事故的发生。 采用数字电路队交通灯控制电路，提出使用交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口用两组红黄绿交通灯的状态转换方法，指挥各种车辆和行人安全通行实现十字路口交通管理的自动化，本次课程设计能用来完成交通信号灯的自动化控制电路。 2.2 课程设计要求1）设计交通信号灯自动控制电路。要求东西方向以及南北方向两条交叉道路上的车辆能够交替通行，东西方向和南北方向上的通行时间
3、都是 20s，即绿灯亮灯时间为 20s。2）交通灯工作在白天时，要求每次绿灯变为红灯的时候都有 4s 的黄灯亮，作为过渡。交通灯自动控制电路按照下面的模式进行循环运行。3）交通灯工作在夜间时，要求东西方向以及南北方向的黄灯每秒钟都闪烁一次。4）交通灯的选择，我们分别用红黄绿发光二极管作为信号灯，来进行模拟试验。5）设计驱动以及模拟显示电路。6）设计直流稳压电源电路，要求将 220V 的交流电设计成为 5V 的直流稳压电源。 7）设计脉冲电路，用分频器将 1 秒脉冲进行分频。 8）根据白天，夜间不同工作模式，将电路设计成为一个能够变换白天，夜间两种工作状态的电路。3. 课程设计报告内容3.1 方
4、案选择及说明1） 十字路口交通拥挤，车辆多，有南北 东西两条道路回合，在每个入口处设置红黄绿信号灯。32） 白天的时候由于车辆较多，东西方向道路亮绿灯或黄灯时，南北方向的亮红灯;南北方向的亮绿灯或黄灯时，东西方向亮红灯。3） 东西和南北方向两条道路上的车辆行人交替允许通过，东西南北方向亮绿灯的时间都是 20s，绿灯变红灯时中间有一段过渡过程是黄灯亮 4s 钟，而且每秒闪一次。 4） 在夜晚，由于车辆行人较少，东西南北方向的交通灯只有黄灯亮，红灯和绿灯都熄灭。而且黄灯每秒钟闪一次。其整体框图如图 1 所示。图 1 整体构架电路框图3.2 控制分析交通信号灯的控制电路主要是要求能实现十字路口红绿灯
5、的控制，十字路口有南北和东西两条路，在每一个交叉路口都需要红绿灯指挥交通。红绿灯主要通过自身的状态和精确的时间间隔内转换状态的顺序。白天红绿灯正常工作时，当南北方向的绿灯亮时，东西方向的红灯亮，并且保持 5 个时间单位（5t=20s）；当南北方向的黄灯亮时，东西方向的红灯亮，并且保持一个时间单位（t=4s）；当南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮时，保持 5 个时间单位（5t=20s）；当南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮时，保持1 个时间单位（t=4s）并且依次循环。 在夜间，车辆行人已相对较少，不用让红绿灯都像白天那样工作，只需黄4灯间隔 1s 闪一次。这个控制可以通过一个开关控制白天和夜间工作状
6、态的转换，在夜间无论是东西走向还是南北走向，只让黄灯工作。 红绿灯用红 绿 黄灯分别用红绿黄发光二极管实现。当发光二极管中的电流达到点亮电流时 灯就被点亮了，当达不到点亮电流时，该灯就成熄灭状态。单相交流电 220V 经电源变压器后，经整流滤波稳压产生 5V 定时器构成的多谐振荡器为电路需要脉冲的芯片和电路提供 1s 脉冲，而电路中需工 4s 脉冲的部分是 1s 脉冲经过 74LS74 分频电路而得到的，其中 1s 脉搏冲供给黄灯闪烁， 4s 脉搏冲供给红灯和绿灯点亮，需要注意的是 4s 脉冲供给十二进制环形计数器， 74LS164 成为组合逻楫电路的时钟信号。它的输出 QF，QZ 经过相应的
7、门电路控制 LED，而 LED 要想正常工作，发光需要控制 LED 的驱动电路正常工作。 LED 信号灯的两种工作情况： （1） 白天工作方式： 开关打开，南北绿灯亮。东西红灯亮，20s 后南北方向黄灯按秒闪烁，东西方向红灯亮，4s 后，南北方向变为红灯，进入下一个循环状态，重复上述变化。 （2） 夜间工作方式： 开关闭合，东西南北四个方向都是黄灯按秒闪烁，红灯和绿灯处于熄灭状态。3.3 各单元电路的工作原理一）时序电路和组合逻辑电路白天的工作方式:寄存器类型：环形计数器。拟采用 74LS164 串行输入并行输出移位寄存器。5图 2 十二进制环形计数器电路图图 3 74LS164 的引脚图功能
8、介绍：引出端符号CLOCK 时钟输入端 CLEAR 同步清除输入端（低电平有效）A,B 串行数据输入端 6QAQH 输出端表 1 状态表根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式南北方向 绿：黄：红：东西方向 绿：黄：红：若考虑白天和夜间的情况则表达式可写成：南北方向 绿：黄：7红：东西方向 绿：黄：红：信号灯东西方向的相同，也就是闪烁的颜色一样，南北方向点亮的颜色一样，最初的表达式是 NSG,NSY,NSR,EWG,EWY,EWR,是通过真值表中每一列为 1 的一行对应的 QA QB QC QD QE QF 的高低电平状态写出的，这样的式子太复杂，实际电路图若直接由最
9、初表达式画出太复杂，所用元件过多，也不便于调试，要实现简单经济方便的要求，就需要进行化简，这里采用卡诺图的方式进行化简，具体卡诺图如下：QDQEQFQAQBQC000 001 011 010 110 111 101 100000 1 0 0 X X X X X001 X X X X X X X X011 X X X X X X X X010 X X X X X X X X100 1 X X X X X X X111 1 X X X X X X 1101 X X X X X X X X100 1 X X X X X X X上图是 NSG 的卡诺图的化简方式，其他的也用类似的方法。主控电路通过最简
10、单的与门，或门，非门来实现组合逻辑电路的控制。组合逻辑电路的不同状态可以控制信号灯不同时段的状态。二）秒脉冲振荡器我们已经学过用 555 定时器构成多谐振荡器。它是在施密特触发器的基础上改进的，将 555 定时器的 QI1 和 QI2 连在一起，然后将 Q0 经 Rc 积分电路接回输入端即可。后面我们将用这种方法。表 2 555 的功能表8脉冲振荡器可以通过改变电阻和电容的值来改变输出脉冲的周期 T。T1=（R1+R2）Cln2 T2=R2Cln2 T=T1+T2=(R1+R2)Cln2 图 3 555 构成的多谐振荡器的电路图二）模拟显示及驱动电路此电路设计时要求绿.黄红三种颜色的指示灯能显
11、示点亮和熄灭两种状态，其中 LED 所加正 向电压为 1.5V，人眼可以看到三极管的电流为 10mA-20mA。此处选用三极管作为驱动电路。因为用三极管构成的驱动电路简单，而且有经济、可靠、方便控制等优点。当没有信号输入时，Qi=0，三极管截止，此时 Ic=0。即发光二极管不亮。当有信号输入时，Qi=/0，三极管处于饱和状态，Ic=/0。发光二极管有电流通过，与三极管的集电极和发射极形成通路，发光二极管点亮。9图 4 电路图四）直流稳压电源电子设备中，一般都需要直流电源供电，本电路也同样需要直流稳压电源，单相交流电经过电源变压器，整流电路、滤波电路和稳压电路转换成的稳定的直流电压。本设计采用单
12、相变压器和桥式整流电路以及电容波和 7805 三端稳压 其中，单相变压器为 220V/9V 集成的桥式整流电路 滤波电容选用 1000uF/25V 电解电容 7805 能稳定的输出+5V 电压。单相交流电 220V 经电源变压器后得到 9V 电压，9V 电压为交流电，它经桥式整流后变成直流电，再把直流电经滤波电容滤波，波形变得比以前平直，再经三端稳压器 7805 后得到平直的 5V 稳定电压。10图 54.元器件清单序号 元件名称 型号/参数 数目1 14 脚 1c 座 / 7 只2 8 脚 1c 座 / 1 只3 三角管 9013 6 只4 发光二极管 红 2 只5 发光二极管 黄 2 只6
13、 发光二级管 绿 2 只7 带锁开关 / 1 只8 2 脚接插件 / 1 套9 三端稳压集成电路 7805 1 片10 整流桥 / 1 个11 电解电容 1000uF/25V 1 个12 电解电容 1uF/25V 1 个13 电容 0.01uF 1 个14 电阻 300K 1 个15 电阻 5K 7 个16 电阻 220 6 个17 线路板 / 1 块18 移位寄存器 74LS164 1 片19 六倒相器 74LS04 1 片20 2 输入四与门 74LS08 2 片21 3 输入三与门 74LS11 1 片22 2 输入四或门 74LS32 1 片23 正沿触发双 d 型触发器 74LS74
14、 1 片24 集成电路 NE555 1 片115. 设计总结紧张有趣的数电课程设计终于告一段落了，一周的时间，我完成了十字路口交通信号灯的设计。设计过程中我遇到了许多意想不到的问题，感到了知识的欠缺，无论是书本上的还是课外的，自己知识其实掌握了些皮毛而已。平时课上学到的知识只是一些入门的知识，想要设计电路必须自己学习许多课外的知识。能够顺利完成这次课程设计，离不开老师的辛勤指导和同学的热心帮助，在大家的帮助下，我克服了困难，向老师和同学学到了很多知识。在这里，我要感谢老师的悉心指导和同学的热心帮助。总之，这次宝贵的经历不仅提高了知识层面的东西，精神上也获得了大丰收。无论挫折困难都是人生宝贵的财富。6. 参考书目1 童诗白 华成英 模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社.2 康华光 电子技术基础 数字部分（第五版） 高等教育出版社.3 罗杰 谢自美 电子线路 电子工业出版社 4 刘修文 实用电子电路设计制作 300 例 中国电力出版社12
