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《模拟电路与数字电路》课程设计报告设计题目十字路口交通灯仿真电路设计学院信息工程学院专业物联网工程组长信息201324090116李研伟同组同学201324090127王艺201324090103陈思怡201324090121李橙2013240901231冶莎指导教师杨云成绩2015年7月2日星期四目录TOC\o1-3\h\z\u第一章摘要3第二章设计任务与要求
32.1方案设计与论证
32.2数字时钟任务书4第三章系统设计
53.1方案论证
53.2系统设计
53.
2.1结构框图及说明
53.
2.2系统原理图及工作原理
63.3单元电路设计
83.
3.1单元电路工作原理
83.
3.2元件参数选择11第4章软件仿真
154.1仿真电路图
154.2仿真过程
164.
2.11Hz标准脉冲发生器
164.
2.2计数设计
174.
2.3译码显示电路设计
174.3仿真调试
184.4电路功能与特性总结
194.5结论19第五章参考文献20第六章收获、体会和感激20第一章引言概述第一章摘要我们通过Multisim13对十字路口的红绿灯进行模拟通过模拟的过程,我们对加法器,减法器,555定时器等器件有了更好的了解和更多的使用经验关键词Multisim红绿灯555定时器WestimulatedthetrafficlightsincrossroadsbytheMultisim
13.Duringtheprocesswehadbetterunderstandingonsummatorsubtractorand555timeretc.KeyWords:Multisimtrafficlights555timer第二章设计任务与要求
2.1方案设计与论证该设计主要由以下几部分组成时钟,累加器,2位十进制减法器以及led数码管和发光二极管数字钟数字显示部分,采用译码与二极管串联电路,将译码器、七段数码管连接起来,组成十进制数码显示电路,即时钟显示要完成显示需要两个数码管,红黄绿三个灯的时间分别是红灯20秒,黄灯2秒,绿灯35秒要实现在指定的时间转换阶段,需要通过加法器和门电路来联合控制信号源通过在仿真软件中发生信号可以用函数发生器仿真,频率可以随意调整我们通过补码相加的方式自行拼接了一个10进制减法器,我们采用555定时来产生脉冲并分频为1Hz,这导致了计时的不稳定计数器的输出分别经译码器送显示器显示主体思路如图1所示
2.2数字时钟任务书十字路口交通灯仿真电路设计组长李研伟指导老师杨云设计主题十字路口交通灯仿真电路设计设计一个十字路口红绿灯的模拟电路用模拟软件Multisim进行模拟,实验,调试设计要求1.设计+5V稳压电源;2.用LED管显示当前灯剩余秒数;3.显示当前亮灯;4.应用Multisim仿真软件对电路进行关键元器件参数的选择、主要功能特性的仿真电路特性分析设计背景在Multisim仿真软件的基础上,设计出一个简易十字路口交通灯仿真电路设计,本次课程设计总时间为4天,并完成课程设计报告小组成员学号李研伟201324090116王艺201324090127陈思怡201324090103冶莎201324090131李橙201324090121完成时间
2015.
7.5第三章系统设计
3.1方案论证十字路口的红绿灯,只显示秒数只有二进制到十进制的转换所以我们用555振荡电路以及函数信号发生器分别作为时钟通过两个累加器和2位十进制减法器来实现倒计时功能累加器使用74LS160D构成,2位十进制减法器则由三片74LS283D组成
3.2系统设计
3.
2.1结构框图及说明图1设计框架图
3.
2.2系统原理图及工作原理系统原理图,如图2所示图2系统原理图用555电路构成的1KHz多谐振荡器,调节电阻R2可以改变输出信号频率74LS160是二,五,十进制同步加法器,用三片74LS90构成三级十分频器,将1KHz矩形波分频得到1Hz基准秒计时信号由于74LS160是十进制计数器,分别将个位接成十进制计数器,十位接成六进制计数器,分别将个位的RCO输出端接十位的9脚端,就构成60进制计数器,用两个相同的60进制计数器分别做作为秒,分计时,并在个位和十位输出端接上数码显示管显示小时计数器直接采用整体反馈清零法构成24进制计数器工作原理振荡电路产生的1KHZ脉冲信号经三级十分频电路分频后产生的1HZ脉冲信号输入74LS90N连成的60进制秒计数器,再由秒计数器每60秒进位输出给60进制分钟计数器,分钟计数器满60后产生进位信号输入给24进制小时计数器,从而实现24小时制电子钟的功能
3.3单元电路设计
3.
3.1单元电路工作原理
1、时钟电路工作原理,如图3所示图3555振荡电路电路说明采用555振荡电路,以防万一还准备了一个函数信号发生器图4累加器说明采用同步时序信号控制,用个位的进位端控制十位的使能端,当个位有进位时,芯片工作,输入十位的脉冲信号有效,当十位为2,个位为3的时候,同时给两个芯片的预置端一个有效信号,使之清零74LS160构成的60进制计数器和24进制计数器如图3和图4所示秒、分、时分别为
60、60和24进制计数器秒、分均为六十进制,即显示00~59,它们的个位为十进制,十位为六进制图52位十进制减法器图6时钟总体电路
3.
3.2元件参数选择
1、加法器74LS161D
2、MUX_4TO
13、74LS283D加法器
4、函数信号发生器
5、数码管DCD_HEX_GREEN
5、555_TIMER_RATED管脚图如图7图7555_TIMER_RATED管脚图
6、74LS90N管脚图如图8功能表如图9图874LS90N管脚图图974LS90N功能表
7、74LS160N管脚图如图10功能表如图11图1074LS160N管脚图图1174LS160N功能表第4章软件仿真
4.1仿真电路图仿真图如图12图12数字电子钟仿真图
4.2仿真过程
4.
2.11Hz标准脉冲发生器振荡器可由晶振组成,也可以由555与RC组成的多谐振荡器由555定时器得到1Hz的脉冲,功能主要是产生标准秒脉冲信号和提供功能扩展电路所需要的信号仿真分析开始前可双击仪器图标打开仪器面板准备观察被测试波形按下程序窗口右上角的启动/停止开关状态为1,仿真分析开始若再次按下,启动/停止升关状态为0,仿真分析停止电路启动后,需要调整示波器的时基和通道控制,使波形显示正常为了便于观察特把频率加大由图可见,所设计的电路可以产生方波为了更精准的实验数据,我们安装了一个函数信号发生器以防万一
4.
2.2计数设计在数字钟的控制电路中,分和秒的控制都是一样的,都是由一个十进制计数器和一个六进制计数器串联而成的,在电路的设计中我采用的是统一的器件74LS161N的反馈置数法来实现十进制功能和六进制功能,根据74LS161的结构把输出端的0101(十进制为5)用一个与非门74LS00引到Load端便可置0,这样就实现了六进制计数同样,在输出端的1001(十进制为9)用一个与非门74LS00引到Load端便可置0,这样就实现了十进制计数在分和秒的进位时,用秒计数器的Load端接分计数器的CLK控制时钟脉冲,脉冲在上升沿来时计数器开始计数时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成二十四制计数器
4.
2.3译码显示电路设计译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,特点如下具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流可直接驱动LED显示器由计数器得到的4位二进制码的必须通过译码后转为人们习惯的数字显示如125430的二进制码为000100100101010000110000译码之后再驱动7段数码管显示时、分、秒LED七段显示数码管显示时、分、秒
[5]
[2]
4.3仿真调试Multisim13是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件,其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用,同时也可以新建或扩充已有的元器件库有超强板级的模拟/数字电路板的设计工作它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力Multisim13软件进行设计仿真分析的基本步骤为:设计创建仿真电路、原理图电路图、选项的设置、使用仿真仪器、设定仿真分析方法,启动Multisim13仿真仿真分析开始前可双击仪器图标打开仪器面板准备观察被测试波形按下程序窗口右上角的启动/停止开关状态为1,仿真分析开始若再次按下,启动/停止升关状态为0,仿真分析停止电路启动后,需要调整示波器的时基和通道控制,使波形显示正常在Multisim软件中,根据数字钟的总电路图,设置函数发生器的频率为1Hz,把A开关和B开关都接到与非门的那端,再运行就可以让数字钟自行计数了如果运行的太慢可以适当调节函数发生器的频率如果把A开关接到函数发生器上,就是对小时进行校正,如果把B开关接到函数发生器上那就是对分进行校正小时的计数是从01到12,不是从00到11,但在校正小时位时初始状态仍为00振荡器的仿真可以直接运行,然后用示波器观察现象便可直流稳压电源的仿真中可以看到用万用表测量出关键点的电压
5.123V用示波器A通道和B通道分别显示整流滤波后电压UI的波形和稳压输出电压UO的波形,从示波器显示窗口可以看出上面一条锯齿波曲线为UI波形,下面一条线为UO波形如果以上设计的电路通过模拟仿真分析,不符合设计要求,可通过逐渐改变元器件参数,或更改元器件型号,使设计符合要求,最终确定出元器件参数并可对更改的电路立即进行仿真分析,观察虚拟结果是否满足设计要求
4.4电路功能与特性总结本设计的十字路口仿真电路可以比较好的模拟出十字路口红绿灯的控制效果,也可以通过LED数码管来显示切换到下一个状态的剩余时间,功能并不复杂调试时有的器件在理论上可行,但在实际运行中就无法看到效果,所以得换不少器件,有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行Multisim软件有时会出问题,在理论上可行的电路在调试中未必能显示出来,这就需要耐心、仔细地分析和解决问题,不断地尝试才能得出正确的答案
4.5结论由震荡器、加法器、计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管设计了十字路口的红绿灯仿真电路,经过仿真得出较理想的结果,说明电路图及思路是正确的,可以实现所要求的基本功能三种三色的灯相互转换,并且显示剩余时间第五章参考文献第六章收获、体会和感激经过这一次的课程设计,我对数字电路的设计和制作产生了更深刻的认识和理解,也对之前学到的知识和做过的实验有了更深刻的认识了解了诸多芯片在实际使用和设计中的作用和地位这次课程设计我做到了十分快速的熟悉软件、实用软件,也通过软件巩固了自己的知识在调试中会遇到各种各样的问题,电路的调试提高了我们解决问题的能力,学会了在设计中独立解决问题,也包括怎样去查找问题似乎所有的事都得自己新手去操作才会在脑海中留下深刻的印象,这个小小的课程设计让我可以熟练的操作multisim软件,也了解了不少器件的功能的应用,也加深了对数字电路认识和理解在这一周的时间内,我要感谢陈思怡同学对我们组做出的宏伟贡献,以及王艺同学对我和陈思怡同学的大力支持更要感谢的是杨云老师在我们陷入瓶颈的时候对我们无私的指导和帮助译码显示改变通断十进制减法器LED显示时钟/分频器晶体振荡器图7a.产生1Hz的脉冲波形。