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电子设计制作大赛报告

电子设计制作大赛报告设计课题:交通灯设计
专业班级:通信0913班
学生:文峰
巍巍
河昌
设计时间:2011.5.20~2011.6.5
电子设计制作竞赛报告
设计课题:交通灯设计
专业班级:通信0913班
学生:文峰巍巍河昌
设计时间:2011.5.20~2011.6.5
一、设计任务及实现要求:
1、使用LED灯模拟交通灯的工作过程,红、黄、绿三种颜色的LED灯分别模拟交
通灯的红灯、黄灯、绿灯。

2、实现如下要求的从状态一到状态四的循环,并通过数码管来显示倒计时的时间。

状态一:黄、绿灯熄灭,红灯亮5s,然后进入状态二;
状态二:红、绿灯熄灭,黄灯闪烁5s,然后进入状态三;
状态三:红、黄灯熄灭,绿灯亮5s,然后进入状态四;
状态四:红、绿灯熄灭,黄灯闪烁5s,然后回到状态一。

3、每个状态数码管都要显示倒计时的时间。

4、扩展:不同延时时间
二、设计原理(设计原理图,原理分析):
1、总原理图
2、PCB图:
3、原理分析:
采用74194的左移位功能,共输出4种状态,分别是0001;0010;0100;
1000;其中的0010与1000两状态实现黄灯亮,0001实现红灯亮,0100实现绿灯
亮;通过门电路反馈实现74194移位的功能。

555芯片的作用是提供一个时钟给
74192,利用74192的功能实现减计数,与数码管相连,预置初始值为5,实现倒
计时5秒的功能。

再利用借位端的跳变给74194一个时钟,即5秒实现一跳变,
以达到要求亮灯的时长。

对于黄灯的闪烁,只要加门电路,实现每隔1s闪烁一次。

同时外加一个门电路和开关控制74192,实现拓展时间的要求。

三、各部分电路的功能:
1、555定时电路:
555电路工作原理:如图接线, R1用0.1k的电阻,
R2用7.5k的电阻,C用100uf的电容,3脚为输出
端。

产生的振荡周期T=0.7(R1+2R2)C。

即T≈0.7*
(0.1K+2*7.5K)*100u≈1.1s。

将振荡周期从三端
输出,作为时钟。

2、74192芯片功能:
74192工作原理:利用减计数,4脚(DN )接时钟,上跳变有效,D3~D0设置初值0101,实现5预置初值5的功能,5脚(UP )接高电平,11脚(PL )为预置端,当从0跳回9时,反馈一信号,使之在11端变低电平,实现预置功能,即还未出现9时就变成5,从而实现5秒倒计时的功能。

在拓展时间部分,不对红绿灯的5秒进行预置,只对黄灯的5秒进行预置,从而实现红绿灯亮9秒,黄灯闪烁5秒的功能;输出端Q3~Q0即与数码管相连,13脚为借位端,产生的信号供给74194的时钟跳变,实现74194每5秒移位一次的功能。

3、74194芯片功能:
74194工作原理:利用74194的移位功能,MR 接高电平,S1接低电平,S0接高电平,CLK 接74192借位端产生的跳变,即5秒一周期的时钟,实现了左移的功能,输出的信号为0001,0010,0100,1000。

则画 00 01 11 10
00 1 0 X 1 01 0 X X X 11 X X X X 10 0 X X X
即用一个或非门,让输出的Q2Q1Q0反馈回SR,作为左移位下一次的Q0.从而实现预期的功能。

4、其他部分的功能:
74194的15脚接红灯,13脚接绿灯,12和14脚同时控制黄灯,故用一或门,
为了节省芯片,故用一或非门,再加以非门控制到黄灯,同时,为了让黄灯闪烁,让输出一端与555的输出端口3脚共同接一与门,只有同时为高电平的时候,黄灯才亮,而时钟的周期约1s ,所以当74194的12或14脚为高电平的时候,黄灯闪烁频率约为1Hz 。

7427的345脚输入,6脚输出的目的是为了清起始状态的0,因为开始74194的状态是0000,为了达到同步,故加一或非门控制74192的清零端。

而74192的Q3(7脚)接一非门,控制着预置端口,为了实现扩展时间的要求,用Q3与上黄灯的信号,然后再加非门,控制预置端,即红灯和绿灯亮的时长为9s ,而当黄灯亮的时候,给予预置,依旧是闪烁5s 。

故在预置端前加以单刀双掷开关,即可由开关控制时间长短。

Q3Q2 Q1Q0
四、设计与制作步骤:
1、对《交通灯设计》的要求进行讨论分析,决定用74194的移位功能来实现交通
灯的要求。

同时使用74192的减计数实现计数功能。

用NE555产生的振荡作为
芯片需要的时钟。

用门电路实现灯闪亮的要求。

2、对原理进行充分的认识后,进行完善,尽量用较少的芯片来实现功能,在用门
电路时,若能替代,尽量用已有的门电路以减少芯片。

3、使用proteus软件进行电路连接仿真,查看效果。

并在实验室中用面包板进行
插板检测、修正,并完善。

4、学习和熟悉制版软件protel DXP,对protel DXP软件进行安装,通过视频教程
和请教学长,学习protel DXP的基本制作PCB板的过程和有关操作。

5、在学习protel DXP 后,开始在软件上进行元器件的查找,最新元件库的下载和
添加导入,同时封装元器件,导入PCB板制作,合理有效的布置元器件的位置,
使原理图简单精致,然后进行合理布线,布线要求不相交,尽量做到较少的跳
线,最后进行元器件名称和有关参数的设定,包括焊盘的大小孔径。

保存原理
图。

6、用翻印纸打印原理图,并印制电路板,将以印制的电路板放置于FeCl3制成的
腐蚀槽腐蚀15分钟左右,用水洗净、擦干,再用打孔机打孔,用砂纸去除表面
的碳,涂上助焊剂,并用万用表进行检查板的导线是否出现断路,若断路,检
测在哪一小段,焊接时用锡补。

7、按原理图,将元器件插入孔中并焊接,焊接顺序:跳线,电阻,开关,电容,
芯片插槽,LED灯。

8、性能测试与分析。

对照原理,有关最后的测试的参数和现象进行综合测试,观
察现象,理论实际对比,发现相关问题,进行再次修改,多次测试比较修改,
实现最终制作的目的。

五、性能测试与分析:↑→→→→
产生时钟
→↑
传递给借位端产生反馈给74194
输出端
分析:NE555振荡电路输出端作为74192芯片所需的时钟,74192实现了倒计时功能,在数码管上显示的是从5到0的倒计时计数,74192产生的借位端提供给74194芯片所需的时钟,使74194产生的输出控制灯亮的时长与数码管显示的同步。

同时,在提供电压的时候,由于芯片部的工作电压原因,提供的电压约为 4.5V;过大过小都会造成一定的影响。

六、结论与心得:
在这次的电子设计大赛中,我们基本实现了设计制作的要求。

同时我们也受益匪浅:
1、每一题都可以用许多种方案。

我们应该要全方位思考。

尝试用不同的方案来设
计电路。

比如用JK触发器实现状态的转移;用两74192芯片级联的方法来控制
灯等方案。

最终我们选择了用移位的方法来完成电路。

2、插接面包板的时候最好要一部分一部分测试,只有一部分成功了再连下一部分,
然后将这两部分连在一起检测,直至最后一部分完成,否则一下子插完电路,
若出现意外情况,则不好检查电路。

3、在做完PCB板之后,要先测线是否导通,即使微小的裂缝也是造成断路的原因。

4、在用大小不同的电压源测试发现,芯片有一定围的工作电压,过小会造成芯片
不能实现预期的功能,或者是不工作,过大又可能造成烧芯,逻辑功能紊乱。

5、失败是成功之母。

在第一次的尝试中,我们失败了,几乎花了三分之二的时间
来检测电路,发现问题并分析问题,经过不断的调试,修改。

最后终于有了一
定的收获。

这次的设计我们学到了很多,理论联系实际,让我们更扎实的掌握了专业知识。

同时,让我们更加明白团队意识的重要性,失败了不气馁,互相鼓励,互相支持。

遇到不懂的情况下,能及时查阅书籍,询问同学及学长,不断的交流中,让我们学会到了更多,注意到了更多的细节。

当然我们还认识到自身还是有许多不足之处,知识的匮乏,技能的生疏,造成了许多的不顺。

在今后的学习生活中,我们一定要打好扎实的基础,努力加强自己的动手能力,争取取得更好的成绩。

七、参考文献:
徐惠民、安德宁数字逻辑设计与VHDL描述机械工业 2010.2第二版。

八、附件:
元器件清单表。

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