电子设计制作大赛报告

电子设计制作大赛报告

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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

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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、 4、

每个状态数码管都要显示倒计时的时间。 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

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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

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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

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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。则画卡诺图: Q3Q2 00 01 11 10 1 0 X 0 0 X X X X X X X 1 X X X Q1Q0 00 01 11 10 易得：输出output=(not Q2)&(not Q1)&(not Q0)=not(Q2+Q1+Q0)

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

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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。

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

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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 74192减计数→↑

NE555振荡电路 功能（倒计时传递给74192 借位端产生反馈给74194 功能） 数码管计数功能 →→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→↓ 输出端 ↓控制灯的输出74194移 位.. .. .. 情况

功能 . . . .

←←←←←←←←←

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、 4、

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。 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。

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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

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 元件型号 74LS194 74LS192 NE555 74LS27 74LS04 74LS08 74LS48 C1 C2 R1 主要参数 103 100uf 7.5k 数量 1个 1个 1个 1个 1个 1个 1个 1个 1个 1个 备注 实现移位 实现计数 共阴数码管 三输入或非门 非门 与门 接共阴数码管 瓷片电容 电解电容 电阻 .. .. ..

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11 12 13

.. .. R2 0.1k 1个 电阻 LED 3个 红黄蓝三色灯各一个 单刀双掷 1个 ..