数电课程设计实验报告

西工大数电课程设计实验报告

西北工业大学

课 程 设 计 报 告

题 目: 交通控制器

学 院: 学院

班 级: 学生（学号）: 同 组 人 员 ：

日期: 2012 年 1 月 7 日

西工大数电课程设计实验报告

摘要

设计一个铁路和公路交叉路口的交通控制器。当有火车通过交叉路口时，栏杆放下，禁止车辆和行人通行，当火车通过交叉路口后，栏杆抬起，路口放行。电路主要由四部分组成，分别是时序逻辑电路、倒数计时电路、555时钟脉冲产生电路以及单稳态延时电路。

关键词：数字电路 红绿灯 时序逻辑 交通控制

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目 录

一、课程设计目的.....................................................4 二、设计任务与要求...................................................4 三、方案设计与论证...................................................5 四、单元电路设计与参数计算...........................................9 五、电路的安装与调试................................................13 六、遇到问题的解决方法.............................1错误！未定义书签。 七、结论与心得......................................................15 八、参考文献........................................................17

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数字电子技术课程设计报告

——交通控制器

一、 课程设计的目的

1、 培养学生电路设计的能力，综合应用常规电路器件实现较为复杂的电路设计；

2、 培养学生发现问题、解决问题的能力，从理论上升到实验，理论与实验相互结合，相互促进；

3、 培养学生写科技论文的能力。

二、 设计任务与要求

设计一个铁路和公路交叉路口的交通控制器。该交叉路口的平面位置示意图如下图所示。A、B是两个栏杆，P1、P2处设置两个压敏传感器，用于检测是否有火车通过路口。（P1、P2点相距较远，一列火车不会同时压在两个压敏元件上）。当有火车通过交叉路口时，栏杆放下，禁止车辆和行人通行，当火车通过

交叉路口后，栏杆抬起，路口放行。

设计要求：

（1）当火车由东向西或由西向东通过P1P2段，且当火车的任何部分位于P1P2之间时，栏杆A、B应同时放下，否则A、B同时抬起。

（2）路口设置红、绿两色交通灯指示灯。在栏杆A、B放下时，路口的红色交通灯亮，绿色交通灯灭；当栏杆A、B抬起时，路口的绿色交通灯亮，红色交

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通灯灭。

（3）在栏杆A、B刚抬起或刚放下时，鸣响警铃，要求铃声持续15秒;同时用数码显示器显示倒计时时间。

三、 电路工作原理

1、输入信号X1、X2由压敏元件发出：当火车压到压敏元件时，X1（或X2）=1，否则X1（或X2）= 0。

2、输出信号Z控制栏杆A、B及交通等的动作：Z =1时，A、B抬起，红灯亮，绿灯灭；Z =0时，A、B放下，红灯灭，绿灯亮。

3、CP：控制电路的时钟信号，由555定时器产生，5V，1000Hz。

系统方框图

时控制电路

时间显

示电路

555产生的时钟信号15秒控制电路

电路各部分的设计 1、 脉冲信号发生器

由555构成多谐振荡器产生1Hz和1KHz的脉冲。改变电容C1的值或者电阻R1R2的值即可实现。计算公式:

频率 f=1/[ln2(R1+2R2)C]

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2、 时序控制电路

由多个74LS08、74LS32、74LS86、74LS04和双D触发器74LS74设计时序控制电路如下:

D1 Q1X1 Q1Q2 X2 D2 Q2X2 Q2Q1 X1 Z

X2 Q1Q2 Q2Q1 X1

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3、 15秒倒计时显示电路

由两个74192及两个七段显示器构成， CP接由555产生的1Hz脉冲 。第一个192A接高，BCD接地，达到0001的预置。第二个192AC接高，BD接低，达到0101的预置。由此8421码转換为十进制码即实现15的预置。down端接555输出的脉冲，从而实现倒计时。

4、 15秒蜂鸣器报警电路

由2个74LS123构成，输入端由Z信号控制，当开关X1或X2有一个产生高电平时，单稳态触发器产生一个15秒的高电平，蜂鸣器响15秒，同时触发计时器192倒计数15秒，脉冲停止，倒计时停止，同时蜂鸣器也停止报警。 脉冲宽度计算公式：

t =ln3RC

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完整电路图

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四、 芯片简介

1. 双D触发器74LS74

74LS74

功能表

2、十进制可逆计数器74LS192

74LS192是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能,

74192管脚图：

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74192功能表

3、555定时器

它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡器等多种应用电路。

555

管脚图

555功能表

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4、LED显示器

LED显示器由8个发光二极管构成，通过不同的组合，可以用来显示0-9、A-F

以及小数点等字符。有共阴和共阳两种。

5、74LS123功能表

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五、 相关波形

1.用555作多谐振荡电路产生的脉冲波形图 1KHz

脉冲波

1Hz脉冲波

2.时序控制电路

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3．单稳态触发器产生的脉冲波形

六、 在调试及组装电路过程中出现的问题及解决方法

电路的安装与调试

电路安装在面包板上，合理布局，有利于电路的检查。

按照电路图将电路接好以后，并不能得到理论的结果，主要出现以下问题： 1、 与主控对应的脉冲产生器产生的脉冲频率偏高经常导致Mutisim软件无法响应。减小电容或电阻，降低频率可以改进。

2、 由于电阻的误差及公式的近似计算可能导致15秒的脉冲宽度不准，以至显示器到零后继续计时，显示99。在数码管的接线端接上一个六口或门，当数码管输入全零时，则其输出控制192的UP端，实现数据的保持。 3、 红绿灯不亮或是亮灯规律不正确； 4、 蜂鸣器一直响，不会停止。 调试方法

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1、 静态调试

检查电路是否连错，连线比较复杂，容易出现错误，在电路检查中，发现几处错误，得以纠正。 2、 动态调试

我们采用各个部分先调试，每个部分正确以后再调试整体的方法，这样容易检测出错误。

（1）在面包板上，我们发现尽量不要串线共用电源和接地端，如果共用，相互影响很大，红绿灯会出现不亮的情况，电源和地各个部分单独引线使用；

（2）用万用表检测共用线路是否导通，发现有些导线接触不好，更换好的导线；

（3）利用试验台上的小灯，用导线检测各个门电路的输出高低电平是否与理论相符，从而判断元器件是否损坏，更换新的器件；

（4）试验中按照理论很难得到标准的1000Hz、1Hz脉冲，改变所用电阻、电容的大小可以得到，74LS123单稳态产生15秒延迟功能的时候，理论值根本达不到，而且不稳定，最终本组采用62 KΩ的电阻、220uF的电容，基本上达到要求，但实际上还低于15秒；

（5）各个部分输出正确以后，将各部分连接起来，结果还是不正确，蜂鸣器只响不停，经检测，Z信号对其有影响，在经过两级非门以后，再把Z信号作为74LS123的驱动信号，可以得到比较理想的结果；

（6）将问题逐一排出解决后，得到实验结果。

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七、 设计心得体会

通过紧张的四天的课程设计，我们收获颇丰，真真切切地感受到了实践和理论存在着距离。即使我们熟练地掌握了理论知识，但是在具体应用实践的时候，还会遇到各式各样的问题。比如说在电路的设计过程中，我们可以有很多方案来选择，具体选择哪一种就要看哪一种方案比较简单，我们对这种方法是否了解。选择好方案，画完图之后，还要用示波器对不同的接线端进行测试，如果有不预期因素存在的话。比如说由竞争冒险产生的尖脉冲，这时就要设法进行消除，如果消除不了，而且严重影响整个系统运行的话就要更改方案。

设计过程紧张而有序，通过与队友的紧密合作，从仔细分析题目要求到初步模型建立在到着手连接线路，我们不断解决随时遇到的问题，或通过上网查阅资料或通过请教老师或通过与同学交流。总之，我们最后成功地完成了实验的要求。

通过这次实习我发现团队的合作的重要性，这次实习是我们是两人一组，遇到问题大家一起讨论。不仅问题解决了，而且也增强了这种团结意识，这对以后的工作和学习都很有帮助。

这次实习我们的收获很多，也长了很多的知识，总之，这次实习是很非常成功的。

感触最深的便是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要认真思考，对就是思考，用所学的知识，再一步步探索，是完全可以解决遇到的一般问题的。从设计电路图，选择元器件，使用Multisim仿真电路，在实验箱上组合实践实际电路，每一个过程都和队友共同探讨，其过程中出现了不少的问题，我们没有气馁，没有退缩，我积极向同学请教，并且一遍又一遍的重复实践，直到我们期望的结果实现。我们清楚的记得，在实现时序逻辑信号Z的连接时，我们整整把电路翻来覆去重复练了3遍才得到正确的结果。事实也证明我们的努力没有白费，认真严谨的实习态度给我们带来了成功的喜悦！本次实习的目的主要是使我们对电子元件有一定的感性和理性认识；对电子信息技术等方面的专业知识做进一步的理解；培养和锻炼我们的实际动手能力，使我们的理论知识与实践充分地

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结合，作到不仅具有专业知识，而且还具有较强的实践动手能力，能分析问题和解决问题的高素质人才，为以后的顺利就业作好准备。

这一次的课程设计正如老师所讲，没有多少东西要我们去想，更多的是要我们去做，好多东西看起来十分简单，一看电路图都懂，但没有亲自去做它，你就不会懂理论与实践是有很大区别的，看一个东西简单，但它在实际操作中就是有许多要注意的地方，有些东西也与你的想象不一样，我们这次的实验就是要我们跨过这道实际和理论之间的鸿沟。不过，通过这个实验我们也发现有些事看似实易，在以前我是不敢想象自己可以独立一些计时器，不过，这次实验给了我这样的机会，现在我可以独立的做出。

实践是检验真理的唯一标准。我们在实践中才能成长，我们只有通过不断地追求真理，不断地实践，才能将所学知识运用于生活，服务于社会。

八、 元器件清单

元件名称 计数器 双D触发器 蜂鸣器 单输入非门 两输入或门 两输入与门 555计数器 电容 电容 电容 电阻 电 阻 集成单稳触发器

型号 74LS192 74LS74 BUZZER 74LS04N 74LS32N 74LS08J LM555CN 10uF 220uF 10nF 62k 43 KΩ，51 KΩ

74LS123

数量 2个 1个 1个 1片 2片 2片 2个 3个 2个 1个 2个 各2个 2个

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七段译码显示器

DCD_HEX 2个

九、 参考文献

[1] 张文荣.模拟电子技术课程教学新探[J]. 河北能源职业技术学院学报.2004,4(3).

[2] 余道衡，徐承和. 电子电路手册[M]. 北京：北京大学出版社， 1996 [3] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，2001.414-417.

[4] 彭介华。电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社，1997.3-45. [5] 阎石，数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1998.348-352. [6]岳怡，数字电路与电子技术.西安：西北工业大学出版社，2001.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ssxi.html