電子技術課程設計報告學院：測控技術與通信工程學院專業班級：學生姓名：指導教師：完成時間：成績：評閱意見：評閱意見：評閱教師日期彩燈控制電路與交通燈控制電路設計報告設計要求1.彩燈控制電路（1）利用74LS161和74LS138等各基礎器件設計彩燈控制電路，來達到十六個發光二極管從第一個順序閃到最后一個然后循環。（2）每路以發光二極管為負載。2.交通燈控制電路（1）在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉換過程，設計每個幾秒鐘亮那個燈的顯示電路。（2）．用紅、綠、黃三色發光二極管作信號燈，用傳感器或邏輯開關代替傳感器作檢測車輛是否到來的信號。設計的作用、目的通過課程設計，使學生加強對電子技術電路的理解，掌握電子線路設計基礎和一般過程，能靈活運用自己所學的集成模塊構成電路實現上述功能，能用仿真軟件對電子線路進行仿真設計，還能夠學會查詢資料，方案比較以及設計計算和制作調試環節，進一步提高分析問題解決問題的能力。具體目的如下：學會了將一個實際情況電路抽象為邏輯電路的邏輯狀態的方法。掌握計數、譯碼、顯示綜合電路的設計與調試方法。掌握實際輸出電路不同要求的實現方法。熟悉集成電路的引腳安排。掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。了解面包板結構及其接線方法。了解數字交通燈控制電路的組成及工作原理。學會用仿真軟件對設計的原理圖進行仿真。熟悉數字交通燈控制電路的設計與制作。設計的具體實現（一）系統概述1.彩燈控制電路：方案A:根據設計要求，本系統由控制電路，編碼發生電路等組成。其彩燈控制器的總設計思想如下：編碼發生器編碼發生器根據流水要求，按節拍送出信號。74L161具有異步置數同步置零的功能，控制方便靈活。控制電路控制電路為編碼器提供所需的節拍和驅動信號，控制整個系統工作。控制電路功能有兩個：一是按需要產生節拍脈沖。采用電容和電阻諧振產生脈沖來輸入時鐘信號，簡單易操作。方案B:采用555定時器輸出脈沖，高頻通過計數器控制電路和譯碼電路。這種方案非常好，計時準確，方便。但這種方案比較復雜，而且成本較高，所以最后放棄這種方案。時鐘信號發生器時鐘信號發生器計數器譯碼器16路彩燈利用74LS161的計數功能，以及74LS183的譯碼器功能實現小燈按順序閃爍的功能。根據設計要求，本系統由編碼發生電路，控制電路等組成。編碼發生器編碼發生器根據流水要求，按節拍送出信號。74LS161具有異步置數同步置零功能，控制方便靈活。控制電路控制電路為編碼器提供所需的節拍和驅動信號，控制整個系統工作。控制電路實現以下兩個功能：一是按需要產生節拍脈沖，二是采用電容和電阻諧振產生脈沖來輸入時鐘信號。2交通燈控制電路：方案一1、S1-S3使用2個SR鎖存器，設置00，01，10三個狀態。2、S4使用觸發器，當出現緊急情況，觸發器由“0”進入S4狀態“1”后，在解除緊急時，恢復“0”，進入S1狀態。3、使用4個JK觸發器，實現16位計數。方案二S1-S3使用2個7473替代的T觸發器。圖21個7473替代的T觸發器JK觸發器包含SR觸發器和T觸發器的功能，J=K=T，則得到T觸發器。2、S4使用或門、非門實現，從表1可知：(不能出現紅綠同時亮的情況)(不能出現紅黃同時亮的情況)(不能出現紅綠同時亮的情況)使用74192同步可逆10進制計數器（8421碼）2個方案對比表2方案項目實現方法優點缺點一①S1-S32個鎖存器簡單電平觸發，與時鐘信號不匹配②S4觸發器解除緊急（S4）后指定回到S1③T4個JK觸發器復雜二①S1-S32個T觸發器下降脈沖觸發，與時鐘信號匹配②S4或門、非門解除緊急（S4）后回到S1/S2/S3任一狀態，不固定③T2個74192計數器容易處理，可顯示數值綜合考慮，為使電路簡化、運行穩定，選用方案二。利用74LS161的計數功能，以及74LS14、74LS04、74LS00、74LS20的邏輯功能實現交通燈的亮滅轉換。根據設計要求，實現上述交通信號燈的自動控制，則要求控制電路由時鐘信號發生器、計數器、主控制器、信號燈譯碼驅動電路和數字顯示譯碼驅動電路幾部分組成。（1）主控制器。由計數器與譯碼電路組成，通過控制時間，來控制交通燈的轉換。從而實現該邏輯電路的功能。（2）計數器。計數器實現的是正計數，主要顯示輸入1HZ的CP脈沖，即每隔1秒計數器計一次。（3）控制信號燈的譯碼電路。主控制器的3種狀態分別要控制紅、黃、綠燈的亮與滅，可由電路控制實現。單元電路設計(或仿真)與分析1.彩燈控制電路：本電路采用電阻與電容串聯且74LS14D與電阻串聯產生時鐘信號，電阻為390歐姆，電容則選擇了一個比較小的1uF電容，這樣流水燈能夠快速閃爍。時序邏輯電路則由74LS161D控制，選擇它的原因很簡單，便宜并且為十六進制，正好是我們想要的，不用添加其他元件就能夠控制兩個74LS138譯碼器，使整個電路變得清晰，簡單，易懂，可讀性高。負載則由16個發光二極管組成，發光二級光有很多優點，電流小，易驅動，不用額外的驅動電路。這樣，一個彩燈原理圖就畫好了。（1）集成運放電路的選用：LM324為四運放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。，內部有四個運算放大器，有相位補償電路。電路功耗很小，lm324工作電壓范圍寬，可用正電源3～30V，或正負雙電源±1．5V～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O～Vcc。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互單獨。每一組運算放大器可用如圖所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324引腳排列見圖1。2。lm124、lm224和lm324引腳功能及內部電路完全一致。（2）彩燈的選用這里選用發光二極管做彩燈。由于電源電壓為5V，每次只亮一路燈，限流電阻R3=（UCC-VD）/ID,當R3取470時，ID約為7mA。所以發光二極管選用LED的參數為：ID=10mA,VD=2V,PM=100mW.（3）三極管的選用三極管選用2SC1815，其主要參數為符號參數數值單位VCBO集電極-基極電壓60VVCEO集電極-射極電壓50VVEBO射極-基極電壓5VIC集電極電流150mAIB基極電流50mAPC耗散功率400mW軟件仿真結果如下：2交通燈控制電路：（1）兩車道的運行狀態共4種，如表2-1所示控制器狀態信號燈狀態車道運行狀態及時間S0（00）S1（01）S2（11）S3（10）南北綠，東西紅南北黃，東西紅南北紅，東西綠南北紅，東西黃南北通行，東西禁止通行(5t)南北緩行，東西禁止通行(t)南北禁止通行，東西通行(5t)南北禁止通行，東西緩行(t)表2-1控制器工作狀態及其功能表中設南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR,NSY,NSG;東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR,EWY,EWG。它們的工作方式，有些必須是并行進行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。應滿足兩個方向的工作時序，即東西方向亮紅燈的時間應等于南北方向亮黃、綠燈時間之和。同理，南北方向亮紅燈的時間應等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。本方案取時間t=5s，則南北、東西方向亮綠、黃、紅燈時間分別為25s、5s、30s。其中紅燈亮的時間為綠燈、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃耀。（2）十字路口要有數字顯示作為時間提示，以方便人們更直觀地把握時間。具體應為當某方向綠燈亮時，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數方式，直至減到數為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環結束，而進入下一步某方向的工作循環。例如當南北方向從紅燈轉換成綠燈時，置南北方向數字顯示為30，并使計數器開始減“1”計數。當減到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時，數顯示應為5，當減到“0”時，此時黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數顯為30。時序工作流程圖如圖2-2所示：S0=00S0=0030sS1=015sS2=1030sS3=1125s圖2-2(3)時標直接由集成的時鐘信號源提供1s的單位秒脈沖；倒計時器由4塊74LS192兩兩組合，分別記錄南北、東西方向的通行情況，數字顯示由四塊集成的4輸入端數碼管承擔；時間t=5s，有74LS161的五分頻信號提供；控制器由2塊74LS194組成扭環行12進制計數器，提供紅黃綠燈的控制信號，再由集成的虛擬交通燈模擬紅黃綠的顯示情況。（1）.時標電路秒脈沖由如圖3-1所示的集成時鐘信號源提供，本方案信號源采用5V的電壓，它是整個電路的基準時間信號，它的秒脈沖直接提供給分頻器74LS161，并觸發其工作。（2）.分頻電路該分頻電路為五分頻，4位同步二進制計數器74LS161的封裝及功能表見附錄，將芯片的始能端ENP、ENT，清零端（低電平有效），電源端接5V（高電平），輸出端QC五進制的進位端通過74LS04非門反饋給置數端LOAD（低電平有效），輸入端A、B、C、D均接地（低電平），計數器從0開始計時，當計數到4時，輸出端QC為1（高電平），此時置數端LOAD有效，輸入端重新置為0，如此循環，計時器反復從0-4計五個數，該過程中CLK,QA,QB,QC的波形依次如圖3-3所示：由波形圖可知圖3-2中的計數器是下降沿觸發的，QB,QC均為五分頻信號，本方案中選擇QC信號并輸入給下級的核心控制電路，作為74LS194的觸發信號。（3）.核心控制電路及顯示控制電路部分由兩塊74LS194組成扭環行12進制計數器，然后經74LS04的非門與74LS08的與門譯碼，輸出給十字路口南北、東西兩個方向的信號燈，其中的黃燈信號與時標秒信號相與即可獲得每秒閃亮一次的信號。扭環行計數器的狀態表如下所示計數器輸出南北方向東西方向Q0Q1Q2Q3Q4Q5NSGNSYNSREWGEWYEWR00000001000011100000100001211000010000131110001000014111100100001511111001000161111110011007011111001100800111100110090001110011001000001100110011000001001010根據狀態表，可列出東西、南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達式：東西方向綠：EWG=Q4·Q5’黃：EWY=Q4’·Q5(EWY’=EWY·CP)紅：EWR=Q5’南北方向綠：NSG=Q4’·Q5黃：NSY=Q4·Q5’(NSY’=NSY·CP)紅：NSR=Q5軟件仿真結果如下：電路的安裝與調試彩燈控制電路：先將元件插入面包板中，認真檢查各元件連接是否正確，注意集成組件引腳，線不要搞錯。二極管管腳接對，各集成組件的電源盒接地端要接好。然后分下面步驟進行檢查調試。觀察二極管是否正常發光合上電源開關，接通電源，此時發光二極管逐個閃亮，循環往復，若不亮，要檢查電源是否正常，然后檢查各元件是否插嚴實，各發光二極管的陽極均接電源正極。檢查振蕩器是否起振若發光二極管只有第一個常亮而其余不亮，說明邏輯電路出現問題，應該檢查振蕩電路是否起振，可用萬用表電壓檔測試起振電路的輸出端是否有信號產生。交通燈電路（1）組裝調試秒脈沖電路。（2）進行定時電路的組裝和調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行增計時，當增計時到25時，能輸電有效的定時時間到信號。（3）調試交通燈控制器以及顯示部分。（4）判斷各部分電路之間的時序配合關系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。(5).數字電路與邏輯設計的課程學習過程中，過多的偏重于電路邏輯功能的設計，考慮其實際實現則較少，比如芯片的穩定性、帶載能力，工作環境等問題在設計中都沒有考慮，很多設計在實驗室環境下雖然可以正常工作，但不適宜投入生產。(6).排除故障的能力和設計電路的能力同樣重要。在此次課程設計中，很多同學在設計和連接電路上花費的時間并不多，但卻把大量的時間耗費在檢查故障上，經常還會因為查不出故障或無法解決故障重新連接電路。我覺得在日常生活和實際生產中，需要解除故障的地方遠比設計電路要多，從一次實驗中發現故障，逐步摸索排除故障的方法和技巧是極為重要的。我在排除電路的故障中逐步掌握了電平高低的檢測技巧和根據信號流向檢查故障的方法，并對萬用表的使用技巧有了更深入的實踐和學習。最終調試如下：接上電源,便可以進行交通燈控制系統的仿真，實現結果為綠燈、黃燈、紅燈交替轉換亮滅。心得體會、存在問題和進一步的改進意見等在設計前，進行全面的數字邏輯電路的課本知識學習，熟悉各種芯片如計數器，數據選擇器，譯碼器的工作原理。從電路圖的設計、實現、仿真、實驗報告，都是自己思考和動手。掌握了ModelSim軟件的操作，用所學習過的芯片設計電路，并用面包板來實現，實現的過程中排錯、檢查的能力也得到鍛煉。

總而言之，好好利用了學校給我們提供的此次實習的機會，努力按要求完成了任務，提高了自己的綜合思考能力和動手實踐能。

課程設計中出現了很多問題。比如說設計原理圖時，必須懂得對講機的工作原理，運用放大器具有對微弱信號放大的功能對電路進行設計。設計過程中出現了多級放大，因此又必須對多級放大電路的設計方法有一定的了解。還有，在實際電路中，由于一些器件因素或外界因素的干擾，會使輸出電路不穩定，用示波器觀察輸出波形會出現失真現象，因此要引入一定程度的深度負反馕來穩定放大電路的性能。對原理圖設計完成時，要確定各器件參數。此時就要運用所學的課本知識與指導書上的提示進行計算。參數運算比較復雜必須按一定的順序，否則很容易出錯。我是先從后級算起的，根據負載條件確定后級的偏置電路，然后再計算前級的偏置電路，進一步由放大電路的頻率特性來確定耦合電容與旁路電容的量，最后由電壓放大倍數確定負反饋網絡的參數。

電路設計過程及參數確定比較煩瑣，我在算時會遇到很多問題，有時實在算不出來了就想放棄，但很快自己會意識到那是一種錯誤的想法，所以自己會給自己鼓勁繼續往下進行，當算到最后時便會有很大的成就感，這強烈的激起了我學習的興趣，我想這次課程設計對我以后的專業課程的學習將有很大幫助。

在原理圖仿真的過程中，沒有遇到很多問題，基本上是按照所繪的原理圖，用multisim軟件對原理圖進行仿真。仿真圖中要接入示波器和電壓表，通過數據和波形更直觀的對電路進行分析。對電路分析時既要進行交流分析又要進行直流分析，還有要通過示波器進行瞬態分析。此處必須保證波形不失真才能使各參數達到指標要求。

調試是此次課程設計的最后一步。一般情況下，如果電路設計正確，前置放大級不用調就可以以正常工作，而輸出級則要通過對變阻器的調節來達到指標要求。其中經過這次對數字搶答器的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于彩燈循環電路的基本原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。最后感謝老師這一周內的指導，讓我們把所學知識得以運用，通過動腦動手，理論聯系實際，更好地將數電知識鞏固。附錄

元器件明細表彩燈控制電路：74LS14N1片74LS161N1片74LS138N2片電阻2個電容1個LED二極管16個電源1個交通燈控制電路：74LS14N1片74LS161N1片74LS00D1片74LS20D4片74LS04D5片電容1個電阻2個紅、綠、黃發光二極管各1個數據顯示器1個交通燈器件1個電源2個元件序號型號主要參數數量備注1NE5551脈沖發生器274LS1922計數器3CL-51614四輸入紅色數碼474LS1121JK觸發器5CD407828輸入或門6CD4073B23輸入與門77HC08N22輸入與門8CC407132輸入或門974LS04D10非門10741381數據分配器11LH61RGY1728模擬交通燈附圖彩燈控制電路彩燈控制電路溫度控制電路溫度控制電路六．參考文獻1·閆石·《數字電子技術基礎》·高等教育出版杜2·康華光·《電子技術基礎》北京·高等教育出版社·1999年3·羅杰等編·《電子技術基礎試驗》北京·高等教育出版社·2008年4·金唯香等編·《電子測試技術》長沙·湖南大學出版社·2004年基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統研究基于TCP/IP協議的單片機與Internet互聯的研究與實現變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現基于單片機的倒立擺控制系統設計與實現單片機嵌入式以太網防盜報警系統基于51單片機的嵌入式Internet系統的設計與實現單片機監測系統在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統中TCP/IP協議棧的實現與應用單片機在高樓恒壓供水系統中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發基于MSP430單片機的遠程抄表系統及智能網絡水表的設計基于MSP430單片機具有數據存儲與回放功能