数电设计之交通信号灯

第一篇：数电设计之交通信号灯

课程设计目的

分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合实验阐述了交通灯控制系统的工作原理，设计出一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。

通过本次设计来熟悉中规模集成电路进行时序逻辑电路和组合逻辑电路设计的方法，掌握简单数字控制器的设计方法。

社会需求：交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应国际化。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

谨以此对下面的课题要求进行分析、设计。

一、设计任务与要求

由一条干道和一条支道的汇合点形成的十字路口，两道上的车辆交替通过，为确保车辆的安全,迅速通行,在交叉路口要求主车道和支车道两条交叉道的每个入口设置了红,绿,黄三色信号灯，主道再加一个绿色左拐标志灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯给行驶的车辆有时间停靠到禁行线外；绿色标志信号灯则是让主道的车辆左拐进入支道。用红,绿,黄,三色发光二极管作信号灯,主道红,绿,黄,绿（左拐标志）四个信号灯,支道红,绿，黄三个信号灯。主干道和支道交替允许通行，主干道每次放行45秒，支道每次放行25秒。设计45秒和25秒计时显示器电路。为了方便主干道车辆进入支道, 主干道放行45秒后, 主干道亮红, 绿（左）灯, 支道亮红灯, 主道的车辆可左拐进入支道,时间25秒，计时显示器电路。在每次由红灯转换为绿灯以及亮绿（左）灯的过程中间，要亮5秒黄灯作为过度时间，以使得行驶中的车俩有时间停到禁行线外。计时显示电路。

二、总体设计方案 1 设计思路

系统中要求有45秒，25秒和5秒的三种定时信号，设计三种相应的计时显示器电路。

计时顺序用顺计时。定时的起始信号由主控电路给出，定时时间结束的信号也输入到主控电路，并通过主控电路去开启和关闭四色交通灯或启动另一种计时电路。

主控电路是整个电路的核心，它的输入信号来自45秒，25秒，5秒三个定时信号。2 交通灯态序分析

（1）主车道绿灯亮，支车道红灯亮。表示主车道上的车辆允许通行，支车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔45秒时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。

（2）主车道黄灯亮，支车道红灯亮。表示主车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，支车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔5秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

（3）主车道红灯，绿（左）灯亮，支车道红灯亮，表示主车道上车辆左拐进入支道，支车道禁止通行，如下图。红灯，绿（左）灯亮足规定时间间隔25秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（4）工作状态同（2）

（5）主车道红灯亮，支车道黄灯亮。表示主车道禁止通行，支车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔25秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

（6）主车道红灯亮，支车道黄灯亮。表示主车道禁止通行，支车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔5秒时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。

交通灯以上6种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为000、001、010、011、100、101，并分别用S0、S1、S2、S3、S4、S5表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示，控制器应送出主、支车道红、黄、绿灯、绿（左）灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：

设定： 主道 ： 绿：G1 红：R1 黄：Y1 绿（左）：L1

支道 ： 绿：G2 红：R2 黄：Y2

车道运行状态表：

交通灯控制的状态图：

原理框图：

三 各功能模块具体设计过程 1 秒脉冲电路

（1）由555构成的多谐振荡器产生5V,1Hz时钟信号:由公式1.43/[(R1+2R2)C]=f和实际情况取得 R1=47KΩ,R2=36KΩ,C1=10μF,C2=0.01μF。

（2）测试555定时器电路产生周期为1s的时钟信号.该电路是由555定时器构成的多谐振荡器,使其产生需要的方波作为触发器的CP脉冲,由于电路对脉冲的精确度要求不是很高而晶体振荡需要分频,所以采用555定时器构成的多谐振荡器。2 定时与计时显示电路

定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成。计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。

3主控电路

以上有S0至S5六个状态，在这里我们用3个JK触发器：Q2、Q1、Q0来实现，这种方法相对简单些。

其中由R和C构成JK触发器的上电复位电路,对JK触发器上电时清零.控制器状态转换表：

根据上表，写出状态方程和触发方程：

由此可得主控电路原理图如下： 译码器

译码器的作用是将控制器的输出Q2,Q1,Q0及其逻辑非构成的6种状态转换

为两车道上6个信号灯的控制信号。

交通灯G1、R1、Y1、L1、G2、R2、Y2与Q2,Q1,Q0之间的逻辑关系：

由此可以设计出译码器电路图：

四、所需元器件

555定时器一个，JK触发器3个，门电路,二极管，电阻，电容等(所需元件清单见附录)。

五、参考文献

1、数字集成电路应用300例,黄继昌等主编.,人民邮电出版社

2、第二届全国大学生电子设计竞赛组委会编.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(1994～1995).北京:北京理工大学出版社,1997.3、电子电路设计与实践,姚福安编著.山东科学技术出版社

4、电子技术基础(数字部分),康华光主编.第四版.北京:高等教育出版社.2002

5、数字逻辑电路设计与实验,绳广基编著.上海交通大学出版社, 1989.6、中国集成电路大全TTL集成电路,《中国集成电路大全》编写委员会编.北京:国防工业出版社,1985.7、电子技术基础课程设计 ,粱宗善.华中理工大学出版社.1995.1

8、电子技术基础实验与课程设计,高吉祥主编.电子工业出版社 2002.2

六、心得体会

二周的电子实习,留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心,要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程中,花费时间最多的是各个单元电路的连接及个单元电路的细节设计上，如秒脉冲的供给电路和定时器电路的设计。在实习过程中,我深刻的体会到在设计过程中，需要反复思考,其过程很可能相当烦琐,有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心,有时还特别想放弃，这时更加需要静下心来查找原因。

总体说来,这次实习使我受益匪浅。在该如何设计电路并使电路实现所需功能的过程中,特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。这次设计让我体会到了设计电路的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐。

第二篇：论交通信号灯的改进方案 王磊

陇东学院论文

《论道路交通信号灯的改进方案》

学

院：能源工程学院

班

级：13级安全工程

姓

名：王磊、孙维祥

学

号：2013401115

20134011

指导教师：杨日丽

日

期：2015.11.10

论道路交通信号灯的改进方案

【摘要】随着社会经济的发展，城市机动车辆的增加，交通安全问题越来越引起人们的关注，所以如何采取合适的交通信号灯对提高交叉路口安全问题有一定的帮助。传统的交通灯在设计时没有充分考虑红绿色盲行人对红绿灯的辨别问题，这样就容易出现交通事故和误闯红灯的现象。现针对此问题提出道路交通信号灯改进：除了色彩辨别之外，结合人机工程学相关设计原则，提出通过附加不同形状信号灯，为红绿色盲行人提供准确的道路信号。这样就会大大降低红绿色盲患者误闯红灯的现象，对降低交通事故有一定的指导作用。

【关键词】交通信号灯；人机工程学；红绿色盲行人；改进方案 0.引言

道路交通信号灯安装的位置、易辨认程度的好坏，直接影响行人对交通信息的接收及加工。尤其针对于目前存在较普遍“闯红灯”问题，有一大部分人是由于鉴于不能很好识别信号灯的信息（比如红绿色盲患者），才做出“闯红灯”行为。鉴于此，对传统交通信号灯设计的改进是势在必行。1.交通信号灯的设置及安装原则

(1)信号灯设置条件总则:①信号灯设置时应考虑路口、路段和道口三种情况。②应根据路口形状、交通流量和交通事故状况等条件，确定路口交通信号灯的设置。③应根据路段交通流量和交通事故状况等条件，确定路段信号灯的设置。④在道口处，应设置道口信号灯。⑤在设置信号灯时，应配套设置相应的道路交通标志、道路交通标线和交通技术监控设备。⑥路口信号灯设置:路口按形状主要可分为：十字形、斜交、T形、Y形、错位T形、错位Y形、多路、环形路口。⑦十字形路口、斜交路口、T形路口、Y形路口——当相交的两条道路均为干路时，应设置信号灯。——当相交的两条中有一条为支和交通事故状况等条件，确定是否设置信号灯

（2）信号灯的排列顺序:①水平排列式：从道路的中心线一侧起以红，黄，绿的顺序向路边排列。常用于路面较宽的道路。②垂直排列式：从上往下依次是红，黄，绿灯。这样方式常用于路面较窄的道路。③按固定方式排列信号灯有两个好处：一是把红灯信号放在最醒目的位置；二是可使患色盲的人凭借位置来判断信号的含义。

（3）信号灯光源及灯光色彩功能：传统交通灯是一种新型光源LED，它具有很多优势，如体积小，耗电少，有较高的亮度，重量轻和使用寿命长等，如今被广泛应用在道路交通中。信号灯有三种颜色，分别为绿灯、红灯、黄灯。首先是绿灯信号，绿灯信号就是准许同行，被放行的直行车辆和行人不能受到转弯车辆的妨碍；其次是红灯信号，红灯信号是禁止通行，对于右转车辆，如果不会对放行的车辆和行人通行造成妨碍则可以通行；最后是黄灯信号，黄灯信号包括准许通行和禁止通行两个含义，如果车辆已经越过停止线则可以继续通行，黄灯亮时，行人不能进入人行通道，对处于人行通道内的行人来讲，则需要考虑具体情况做合理选择。

（4）信号灯安装要求：在位置方面，如果道路没有机动车 道和非机动车道隔离带，那么就在路缘线切点附近安装信号灯杆；道路宽度较大时，则可以在道路右侧人行道上安装，也可以结合需求将一个信号灯组增设与左侧人行道；道路比较狭窄时，则采用柱式方法，在道路两侧人行道上安装。2.交通信号灯的改进

传统交通信号灯设计时没有充分考虑红绿色盲行人的识别问题，据道路交通安全研究中心提供的数据显示：2009年至2013年，每年由于行人闯红灯导致的道路交通事故死亡人数占因行人肇事死亡人数的21.5%，也就是说，每5个因行人肇事导致死亡的人中，就有1人死于闯红灯。无疑闯红灯，已间接成为了马路上的无形杀手。公安部统计数据显示，2012年全年，全国共查处闯红灯通行交通违法行为2649万起，平均每天7万多起，而每年死于闯红灯的人数平均1000多人，这么多的事故有一部分是色盲患者在未能识别清楚红绿的情况下造成的。而临床调查显示，男性色盲占4.9%，女性色盲占0.18%，但目前仍缺乏有效的治疗方法，这么多的色盲患者每天走在在道路上肯定会有部分人在下雨天或天气不好时误闯红灯，这样就容易造成交通事故。针对上述情况，提出相应的改进方案：

（1）改进交通灯的发光显示形式。现在交通中常用是电子数字显示器，电子显示的主要问题有两个：一是因字形由直线段组成，因而失去常态的曲线，带来认读的不方便；二是各字间隔会因字的不同而变化，忽大忽小；如图2-1所示。实验表明,由亮 小圆点阵来构造字符，认读性好，使混淆的可能性大为减小。如图2-2所示。所以把LED交通灯的灯光变成由小圆点阵构成的灯光每个人看起来都很醒目。

图2-1 电子数码显示

图2-2 原点阵显示

（2）合乎使用目的。各种情况的指示灯应当用不同的颜色，信号灯多时，除了颜色的区别，还要在形状上区别，而形状、标记应和所代表的意义有逻辑关系，如“→”表示指向，“×”表示禁止，“！”表示警示。

（3）交通灯安装方位与颜色选择。交通信号灯必须安装在最佳视区，一般在20°内，在交叉路口中央上空安装信号灯时应符合车辆通行净空高度界限的要求。信号灯的亮度应保证人们在100m以外能看清，需在不必抬头即能看到，如图2-3所示。常用的10种信号灯编码颜色的不易混淆次序为：黄、紫、橙、浅蓝、红、浅黄、绿、紫红、蓝、黄粉。一般交通信号灯使用红、黄、绿三色，因为当人们从远方辨认前方的多种颜色时，其易于 辨认的颜色顺序是红、绿、黄。而且在雾霾的天气里，可视度大大降低使人们看红绿灯时很模糊，而红、绿、黄三色透光率强容易让行人辨别，所以采用红、绿、黄。

图2-3 交通信号灯位置布置图

（4）改进的交通灯形状。传统的交通灯为圆形，这对红绿色盲患者辨认有一定的困难，他们看到红色和绿色交通灯都是灰色的，往往就误闯红灯，但是他们能辨别形状，所以把圆形交通灯改变成方形就不会出现认不清的情况。如图2-4所示。如在一些地方出现了由方形、菱形、圆形混合式的交通灯，如图2-5所示。

图2-4 改进的交通信号灯 图2-5 形状混合式交通灯

（5）交通信号灯的变换时间：根据相关标准规定，目前机动车和非机动车信号灯转换序列为：红-绿-黄-红，在许多城市红灯亮的时间只有30秒造成交叉路口拥堵，当城市车辆较多时宜60秒较合理，因为二个30秒内出现的驾驶员反应和车辆起步所消耗的时间是60秒的一倍，而且后者的通过车速明显快于前者，且黄灯亮的时间不得短于3秒，给人们充足的反应时间。

（6）避免交通眩光。①限制光源亮度：当光源亮度大于16×104cd/m2时，无论亮度对比如何，都会产生严重的眩光，控制发光强度不小于1500cd/m2且不大于2500cd/m2。②合理布置光源：尽可能将光源布置在视线的微弱刺激区，采用适当的悬挂高度，使光源在视线45°以上时炫光就不明显了。另外就是采用不透明材料，使灯罩边沿至灯丝连线和水平线构成一定的保护角，此角度45°为宜，不应小于30°，这样就不会刺激眼睛，提高了人机工作效率。3.结束语

综上所述，通过对交通信号灯形状的改进，能提高道路运行 情况，帮助一些红绿色盲的行人更好的辨别红绿灯，可以减少他们误闯红灯的现象。从安全人机工程学的角度对发光灯显示形式的改进，可以让每个人认读更方便且不易混淆。使用这样的信号灯会减少人们误闯红灯，促使交通信号灯有效性得到提升，充分贯彻以人为本的理念，最大程度上提高道路交通安全。

参考文献

[1] 张力，廖可兵.安全人机工程学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.[2] 欧阳文韶，廖可兵.安全人机工程学[M].北京：煤炭工业出版社，2002 [3] 公安部交通管理科学研究所.道路交通信号灯新国标（GB14887－2011）宣贯.[4] 国务院法制办政法司.中华人民共和国道路交通法实施条例[S].北京：人民交通出版社，2004.[5] 公安部交通管理科学研究所.道路交通信号灯（GB14-828070[S].）北京：中国标准出版社，2003.

第三篇：数电课程设计 声控灯设计

声光控延时照明灯的设计

一、设计目的

本次设计是以实践性为课题，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。

用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点。

二、方案设计

电路由直流供电电路、控制电路、延时电路三部分组成。控制电路采用基本数字逻辑单元进行设计。

直流供电电路 由D1-D4组成桥式整流电路。交流220V电压经桥式整流桥后变成脉动的直流电，供后续电路工作。

控制电路由四与非门CD4011、驻极体话筒BM、光敏电阻R5、三极管9014、单向可控硅SCR等元器件组成。由CD4011的选定的输出端控制晶闸管的关闭，从而控制整个灯的关灭。光敏电阻在白天时，电阻值小，CD40011输出永远为低电平，晶闸管为低电压，不导通，灯不亮。光敏电阻在夜晚时阻值大，光敏电阻与声音信号的有无一起控制CD4011的输出。夜晚当有声音时，声音信号经过放大，与光敏电阻控制的CD40011输出为高电平，晶闸管导通，灯亮。无声音信号时，不亮。

延时电路 有电容C和电阻R的冲放电里控制。

三、电路设计及理论分析

1、原理框图

图1 声控灯原理框图

图2 声控电路原理图

2．单元电路设计及分析

电路由直流供电电路、控制电路、延时电路三部分组成。2.1 直流供电电路

直流供电电路由D1-D4组成桥式整流电路。交流220V电压经桥式整流桥后变成脉动的直流电，供后续电路工作。

2.2 控制电路

控制电路由四与非门CD4011、驻极体话筒BM、光敏电阻R5、三极管9014、单向可控硅SCR等元器件组成。

白天，由于光敏电阻R5阻值低，其两端电压低，CD4011的一脚为低电平，3脚即变成高电平，导致11脚为低电平，即单向可控硅控制极G为低电平，单向可控硅截止，灯泡不亮。

夜晚，由于光敏电阻没有受到阳光照射，其阻值很高，两端电压较高，即1脚变成高电平，此时3脚的状态受2脚控制，若2脚为高电平，则3脚为低电平，若2脚为低电平，则3脚位高电平。

当驻极体接收到声音信号后，经C1的滤波作用，被三极管Q1放大，当被放大的信号达到峰值时，此时2脚即便为高电平，3脚变为低电平，11脚高电平，单向可控硅控制极变成高电平，单向可控硅导通，灯泡点亮。

当驻极体没有接收到声音信号时，2脚为低电平，灯泡不亮，工作原理类同白天情况。

2.3 延时电路

由C3、R7组成，通过C3的充放电来维持灯泡的点亮状态，延时的时间由C3的容量及R7的阻值来决定。

3、整个电路的工作原理分析

图5 电路的工作原理详细框图

声光控延时开关的电路原理图见图2所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路CD4011，其内部含有4个独立的与非门VD1~CD4，使电路结构简单，工作可靠性高。顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启“，若干分钟后延时开关“自动关闭”。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出图5电路的工作原理详细框图来分析图2。

声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经C1耦合到9014的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(VD1)的2脚，R3、R6是9014的偏置电阻，C2是电源滤波电容。为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻R5等元件组成光控电路，R4和R5组成串联分压电路，白天光敏电阻两端的电压低，不管有没有声音信号传来，CD4011的3号端口始终为低电平，整个CD4011输出端11号端口为低电平，晶体闸始终处于断开状态，灯不亮。夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，R5两端的电压高，即CD401，改变R7或C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。VD3和VD4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当C3充电到一定电平时，信号经与非门VD3、VD4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C3充满电后只向R7放电，当放电到一定电平时，经与非门VD3、VD4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。

二极管D1～D4将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R3降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM、9014、IC CD4011等供电。

四、心得体会

通过此次课程设计，学习到了如何应用理论知识验证并解决实际生活中遇到的相关问题以及各种元器件的工作原理和实际应用，使之受益匪浅。

第四篇：数电课程设计

题目：光控计数器

学院：核工程技术学院

专业：核技术

学号：09026103

姓名:史镇玮

作者（签名）：

完成日期：2011年6月日 【课题名称】 光控计数器 【内容摘要】

利用光线的通断来统计数目的光控计数器。其主要系统组成为：光电转换模块、整形模块、时序控制模块、计数译码模块和显示模块，通过对光电的转换，由时序逻辑电路控制，达到自动计数的功能。【设计内容及要求】

本设计主要是利用光线的通断来统计计数。要求设计两路光控电路，根据光控电路产生触发脉冲的先后顺序，来判断计数器进行加或减计数，要求计数器的最大计数容量为99，用数码管显示数字，并设置手动复位。【设计原理】 1工作原理

首先由光控电路将接收的光信号转换为电信号，经由555定时器组成的施密特触发器整形和555定时器组成的单稳态触发器触发脉冲，输出计数脉冲信号。再通过计数器和译码器，在数码显示管上显示数目的增加或减少，实现自动计数的功能。2.整个系统组成

整个系统由五个部分组成：光控电路、触发脉冲、加减计数、显示译码和数码显示，其工作原理框图如下：

3.电路图（见附录）【单元电路设计及原理】 1.光电转换电路

光电转换电路用于将光信号转换为系统所需的电信号。由于需要进行数目的加和减的运算，此部分需要两个相同的光控电路。每个电路的组成为：一个施密特触发器和单稳态触发器。

当光敏电阻处于光照时，电阻阻值较低，单稳态输出低电平。当遮住第一光敏电阻光时，电阻升高，单稳态触发器输出高，进入暂稳态，维持1.1s 施密特触发器：

一个555定时器芯片、R1、RG（光敏电阻），当RG有光照时，电阻下降。随之，TH端电压下降，输出端3口输出高电平。反之，RG弱光时，电阻升高，TH端电压升高，3输出低电平。单稳态触发器：

用555芯片构成单稳触发器，每次触发产生一个1s左右的方波脉冲。当从施密特触发器3输出，单稳态触发器2（TR）输入高电平，3端立刻输出低电平。随之，当2输入低电平，3随即输出高电平。然而，当2马上输入高电平时，3输出将维持一段时间，进入暂稳态。

维持时间：Tw=RC ln3 = 1.1s

2、时序控制电路

时序控制电路在本课题中主要用于判断计数的增加或是减少，在此选用了一个双D触发器74LS74、74LS00芯片来实现。74LS74双D触发器，用于和其它芯片一起构成时序逻辑电路。由于74LS74是上升边沿触发的边沿D触发器，电路结构是维特—阻塞型的，所以又称维特—阻塞触发器。它要求控制端D的信号应超前CP脉冲上升边沿2Tpd1时间建立，并要求在CP脉冲触发边沿到来后继续维持1Tpd1时间（此处的Tpd1是TTL门的平均传输延迟时间）

当上端3输出由低到高的电平，高电平维持1.1s，在其维持的时间段中，给下端3输入一由低到高的电平，给D触发器CP一上升沿。这是，D触发器工作 Q′=D′=0，同时两与非门的输出由低到高变化，给了下一模块一上升沿。

3、计数和译码和显示部分

计数部分由两片74LS191异步级联而成。译码部分是由两片74LS47来完成，显示部分是由两个共阴极LED数码显示管。用于接收计数脉冲信号并将其转化成单独的信号输出并显示。74LS191 74LS191是集成4位同步二进制加减计数器，可执行十六进制加减法计数及异步置数功能。可通过外电路连接构成其他进制的计数器，本课题连接成十进制计数器。

当14(CP)来上升沿时，191(1)开始计数，分为两种情况，U′/D输入为0，则进行加法计数，U′/D输入为1时，进行减法计数。

同时，2和7接与非门，输出端接置数端LD′和191(2)CP，191(1)的2和7输出1时，(2)CP为0，下一状态为1，上升沿到，进位计数。74LS47和数码管 两个译码器和两个数码管来完成，用于接收计数脉冲信号并将其转化成单独的信号输出并显示。当47译码器3端接地，数码管全部显示。【参数计数及器件选择】

1.测量光敏电阻在无光和有光时电阻。第一个，有光，Rg=5.34KΩ，无光时，Rg=29.8KΩ。第二个，有光，Rg=6.1KΩ，无光时，Rg=34.5KΩ。根据1/3Rg(无光)≤R1≤2/3Rg(有光)，选择R1=R3=10KΩ

2.对数码管检测。将数码显示管的的3端接地，用高电平依次接到除8以外的其他端，发现无任何显示。说明使用的是共阳极数码显示管，应在3脚或8脚加电源（中间接限流电阻）。经再次测试，数码管显示正常。【组装与调试】

整个电路分为三个模块进行组装调试，分析。

1、施密特触发器与单稳态触发器的调试

按图接好电路，R1选择10KΩ，接通电源，将3端接到发光二极管。这时，二极管正常发光。当对光敏电阻进行遮光处理，二极管为暗。第二个触发器的调试，同上述操作，R3为10KΩ。

当施密特触发器正常工作时，在检测单稳态触发器。此时二极管接到3端，二极管为暗。当对光敏电阻进行遮光处理，二极管正常发光，照光后，持续1.1s。表示单稳态触发器调试良好。第二块单稳态触发器，同上述操作。

2、双D触发器与与非门测试

D触发器的1、4端输入高电平信号，检测Q`=D`。与非门按有“0必出1，11为零”的原则检测。检测完成后，将其接入电路。

3、计数和译码和显示部分

按图连好电路，将第一片191芯片14端输入单脉冲，观察数码管显示结果，当5端输入高电平时为减法，5端输入低电平时为加法，数码管正常计数，说明电路正常。调试完成后，按图将其接入总电路。【报错分析】

1、计数部分调试时，发现只有第一个数码管计数，而第二个数码管停止不计。经检测，第二个74LS191芯片没有脉冲输入。由此判断，与非门74LS00芯片，出现问题。更换后，计数正常。

2.电路连接完成后，只能做减法而不做加法。经调试，发现74LS74芯片出现问题。更换后，计数正常。

3.更换74LS74后，发现计数紊乱。与电路图对照后，发现，没有将74LS74的1、4端接到高电平。【实验结果】

整个模块进行调试，对第一模块RG遮光，马上对第二个RG遮光处理，数码显示管按预期的进行1次加法运算。但对第二块RG遮光，马上对第一块RG遮光，则进行2次减法运算。【应用及评估】

现今人们在生活、学习和工作中，经常需要对某种物品进行数量统计。如进出房间的人数统计。常规的机械计数和人工计数不仅麻烦，而且极为浪费时间和资源。在学习了脉冲数字电路的基础上，本课题所设计的一种利用光线的通断来统计数目的光控计数器，用一种较为简单的设计解决了这一现实问题。而且此产品简单方便，非常易于用于实际生活中,有教高的实用价值。【所需元器件】

试验箱（含面包板）

1块 555定时器4片 74LS74

1片 74LS00

1片 74LS1912片 74LS47 2片 数码管

2个 电阻：10K欧姆4个 1K欧姆 2个 电容：100µF 2个 0.01µF 4个 【心得体会】

经过两天的实验，使得在课堂上学习的知识得到巩固，同时增加了对电路的分析，连接，调试，错误分析等能力，思维得到了进一步的升华。1）做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，在这次课程设计过程中，我们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。

2）通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

3）调试过程是痛苦的，调试电路是需要非常强的理论作为基础的，但也是最能提升能力的部分，只有通过亲自调试电路，发现电路存在的问题，思考产生的原因，并想办法解决问题，才能加深对自己设计电路的认识。4）此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，能静下心来，不烦躁去解决问题等都受益非浅。在整个课程设计当中，深刻体会到设计一个电路的难度。虽然已经有设计总电路图，但实验过程中并不是一帆风顺的，期间遇到过好多问题。但最终通过自己的能力得以解决。当看到自己的成果时，发现其实课程设计是很有意思的。我们需要认真的去体会实验给我们带来的乐趣。总之，此次课程设计实验，使我受益匪浅。【参考文献】

1.阎石.《数字电子技术基础》.高等教育出版社.2.管小明.《数字电子技术基础实验与课程设计》.电子与机械工程学院机电基础教学部

附录

附：光控计数器电路总图

第五篇：数电课程设计

数电课程设计(序列检测器)

课程设计题目：设计一个10010的序列检测器。

设计思路如下：

状态图

INIT=0，A1=1，A2=10，A3=100，A4=1001，A5=10010.图中，沿红线状态从INIT变到A5，即输入为正确的序列10010，黑线为每次输入错误时的状态转移。

状态转移表

设计程序如下

module xljcq(clk,A,unclk);input clk,A;output unclk;reg unclk;reg [4:0] Sreg,Snext;parameter INIT=1'b0，A1=1'b1;parameter [1:0] A2=2'b10;parameter [2:0] A3=3'b100;parameter [3:0] A4=4'b1001;parameter [4:0] A5=5'b10010;always @(posedge clk)

Sreg<=Snext;always @(A,Sreg)begin

case(Sreg)

INIT: if(A==0)Snext=INIT;

else

Snext=A1;

A1:

if(A==0)Snext=A2;

else

Snext=A1;

A2:

if(A==0)Snext=A3;

else

Snext=A1;

A3:

if(A==0)Snext=INIT;

else

Snext=A4;

A4:

if(A==0)Snext=A5;

else

Snext=A1;

A5:

if(A==0)Snext=A3;

else

Snext=A1;

default Snext=INIT;

endcase end always @(Sreg)

case(Sreg)

INIT,A1,A2,A3,A4: unclk=0;

A5: unclk=1;

default unclk=0;

endcase endmodule

程序功能仿真图：

Figure1

从figure1中可以看出在连续的6个clk的posedge, 输入A为10010，所以在第六个clk的posedge，输出unclk由0变为1。

Figure2

Figure2是紧接figure1的功能仿真时序图，在此时序中，六个clk 的posedge输入A为101010，和设计的要求一样，unclk一直都为0.