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数电实验报告模板 (8000字)
一、绪论
1.意义
交通的发达，标志着城市的发达，相对交通的管理则显得越来越重要。对于复杂的城市交通系统，为了确保安全，保证正常的交通秩序，十字路口的信号控制必需按照一定的规律变化，以便于车辆行人能顺利地通过十字路口。交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用, 现在交通灯一般设在十字路口, 在醒目位置用红、绿、黄三种颜的指示灯, 加上一个倒计时的显示计时器来控制行车, 对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用。 2.目的
（1）熟悉集成电路的引脚安排。 （2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 （3）了解面包板结构及其接线方法。
（4）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。 3.指标要求 （1）满足图1顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。它们的工作方式有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄红灯亮。 （2）应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图2所示。图2中，假设每个单位时间为4秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别20秒、4秒、24秒，一次循环为48秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和。 图1 交通灯顺序工作流程图 图2 交通灯时序工作流程图
（3）十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某
方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式方式工作，直至减到数
为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，进入下一步某方向地工作循环。例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为18，并使数显计数器开始减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮时，数显的值应为3，当减到“0”，时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为18。
（4）扩展功能：
①灯的转换可以手动调整，夜间为黄灯闪耀。
储压器②用LED发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）。 4.要解决的主要问题
能解决交通灯顺序的跳转、对减计数24秒的置数，时标电路的输出信号频率为1Hz的问题。防静电控制器
二、单元电路的设计
1、秒脉冲和四分频
(1)秒冲发生器电路是由555定时电路控制的。[2]利用的是555构成的多谐振荡器。由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端 Ct 放电，使电路产生振荡。电容C在和之间充电和放电。输出信号的时间参数是 T＝tw1＋tw2， tw1＝0.7(R1＋R2)C， tw2＝0.7R2C ，555电路要求R1 与R2 均应大于或等于1KΩ ，但R1＋R2应小于或等于3.3MΩ。[1] 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力这个555多谐振荡器是整个电路的时钟信号。要使电路的时间脉冲时间为一秒，则应使图中的R1为5.1K欧，R2为5.1K欧，电容C为100UF。
图4 脉冲发生器电路图
(2)CD4013由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置
位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。[2]所以用CD4013做四分频。
图5 引出段符号图
图6 引脚图
CD4013功能表
表1 CD4013功能表
四分频由双D触发器CD4013得到，获得所需4倍频时钟信号。控制器的逻辑图如图7所示。根雕制作技术
打棉机图7 四分频电路
2、控制电路
四球机
由波形图可知，计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。
74LS164是为 8 位移位寄存器，当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QH）均为低电平。 串行数据输入端（A，B）可控制数据。当 A、B任意一个为 低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态。[1]
引脚功能： CLOCK ：时钟输入端 ；CLEAR： 同步清除输入端（低电平有效）；A，B ：串行数据输入端；QA－QH： 输出端。
图8 74LSLS164引脚图
74LS164真值表
表2 74LS164功能表
根据状态表，列出东西方向和南北方向绿﹑黄﹑红灯的逻辑表达式： 扭环形计数器状态表[1]
数显计数器根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿﹑黄﹑红灯的逻辑表达式： 东西方向绿：EWG=Q4·Q5 黄：EWY=(Q4)'·Q5 红：EWR= (Q5)'
南北方向绿：NSG=(Q4)'·Q5 黄：NSY=Q4·(Q5)' 红：NSR=Q5
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