电子技术课程设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,题目一：交通灯控制电路设计,题目二：超声波测距仪,时间安排,17,周周五之前：,设计出完整的电路图并让老师检查签字。,仿真文件发送至：,17,周周六、周日：,发电路元件，根据教师签字的电路原理图和教师拟订推荐元件表发元件。,18,周周六、周日：,收设计报告和实物。,提交的报告与实物要求,1,、报告：每人独立完成一份报告,如果是一个小组合作完成，需注明任务的具体分工，报告内容有侧重点。,18,周六上午交报告。,2,、实物,完成整机调试、波形记录与数据分析，需教师现场检查通过。,18,周六上午交实物装置。,3,、电路主要元器件的选型与参数,介绍电路设计的思路与原理框图，阐述各模块电路的工作原理与功能要求，主电路的工作流程。,1,、引言,2,、电路的设计,介绍所设计电路的应用背景。,阐述核心元器件的管脚、结构、性能参数和工作原理，以及外围元件。进行必要的电路计算与参数选择。,课程设计报告的内容要求,5,、硬件电路的安装与调试（部分小组）,分别对各模块电路进行安装，测试，记录测试波形与数据。最后，完成整机的统调和测试。,6,、小结,简述设计过程中的收获与体会。,7,、参考文献,列举,4-8,篇文章、指导书或者网站。,4,、电路的仿真分析,对各模块电路进行仿真，提供仿真波形与数据分析,课程设计报告的内容要求,课程设计实作的选拔条件,1,、必须首先完成仿真,需要提供仿真电路并能正常运行，能够达到题目的要求，能够解释其工作原理，参数选择的依据等。,2,、设计有创新点的小组，机会优先,3,、电路的仿真分析要求,分别对各模块电路进行仿真，记录波形，并建立子电路。,建议：总电路是多个子电路的调用和综合。便于检查问题、排除故障。,1,、掌握、训练数字系统的综合设计方法，以及对各基本电路功能的运用和测试方法。,一、设计目的,2,、学习掌握各个基本电路之间级连以及应当注意的事项；熟悉各基本电路的输入与输出应满足的条件；正确阐述电路中各参数的意义。,3,、学会在数字系统中正确使用数字集成电路；学会查阅、读懂数字集成电路手册。,交通灯控制电路的设计,1,、设计一个十字交叉路口交通灯自动控制电路，要求主干道和支干道两条交叉道路上的车辆交替行驶通过，每次通行时间可任意设定。,二、设计任务与要求,3,、采用数码管显示每个状态的时间。,2,、在黄灯亮过,5,秒钟后，才能变换车辆通行道路方向及行人允许通过道路的方向。,系统主要由秒脉冲信号发生器、控制器、定时器、译码器等部分组成。,秒脉冲信号发生器是系统中定时器的标准时钟信号源。,控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。,译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作。,图,1,交通灯控制系统的原理框图,三、设计原理与分析,1,分析系统的逻辑功能及其框图,TL,表示绿灯和红灯亮的时间，在设定的时间内，,TL=0,，设定的时间到，,TL=1,。,TY,表示黄灯亮的时间（,5,秒），在设定的时间内，,TY=0,，设定的时间到，,TY=1,。,ST,表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出的状态转换信号。由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。,2,、交通灯控制器的工作流程,主干道绿灯亮时，支干道红灯亮。（,Z0,状态）,此时主干道上的车辆允许通行，支干道禁止通行。绿灯亮足规定时间,TL,后，控制器发出状态转换信号,ST,，转到下一工作状态。,主干道黄灯亮时，支干道红灯亮。（,Z1,状态）,此时支干道上的车辆禁止通行，主干道上已过停车线的车辆允许通行，未过停车线的车辆禁止通行。黄灯亮足规定时间,TY,后，控制器发出状态转换信号,ST,，转到下一工作状态。,主干道红灯亮时，支干道绿灯亮。（,Z2,状态）,支干道上的车辆允许通行，主干道禁止通行。绿灯亮足规定时间,TL,后，控制器发出状态转换信号,ST,，转到下一工作状态。,主干道红灯亮时，支干道黄灯亮。（,Z3,状态）,此时主干道上的车辆禁止通行，支干道上已过停车线的车辆允许通行，未过停车线的车辆禁止通行。黄灯亮足规定时间,TY,后，控制器发出状态转换信号,ST,，转到第种工作状态。,为了简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，即：,图,2,交通灯的工作状态流程图,AG=1,：主干道绿灯亮；,BG=1,：支干道绿灯亮；,AY=1,：主干道黄灯亮；,BY=1,：支干道黄灯亮；,AR=1,：主干道红灯亮；,BR=1,：支干道红灯亮；,四、电路设计参考,本设计可采用,555,定时器组成秒脉冲信号发生器，即利用,555,构成周期为,1S,的多谐振荡器。振荡周期的计算公式为：,T0.7(R,1,+2R,2,),C,，合理设置电阻和电容的大小即可得到秒脉冲信号，具体参考电路如右图：,1,、秒脉冲信号电路,采用,555,定时器要精确的输出,1Hz,的脉冲，对电容值和电阻值的精度要求很高。因此，也可以采用石英晶体振荡器构成秒脉冲信号发生器，如右图所示为,CMOS,器件组成的晶体振荡电路。,石英晶体频率为,f0=32768Hz,，,CMOS,门,1,用于振荡，,CMOS,门,2,用于缓冲整形。,Rf,是反馈电阻，通常在几十兆欧之间选取，一般选,22M,。,R,起稳定振荡作用，通常取十至几百千欧。,C1,是频率微调电容器，,C2,用于温度特性校正。输出经,14,位,2,进制计数器和,1,个,1,位,2,进制计数器进行分频即可得到秒脉冲。,推荐选用,74LS163,计数器进行设计。,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。建议定时器采用两片计数器,74LS163,来设计，下图为定时器参考电路图。,74LS163,74LS163,定时器由系统秒脉冲和同步计数器构成，要求计数器在状态转换信号,ST,作用下首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行加,1,计数，向控制器提供,5,秒的黄灯定时信号,TY,和红灯或绿灯定时信号,TL,。,2,定时器,控制器是交通管理的核心，它应该按照交通管理规则控制信号灯，能够满足控制系统的工作状态进行交通信号灯的状态转换。根据交通灯的工作状态流程图，可以列出控制器的状态转换表如下：,输 入,输 出,初始状态,状态转换条件,次 态,状态转换信号,TL,TY,ST,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,0,1,0,0,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1,0,0,1,0,1,0,0,1,3,控制器,本设计推荐选用,74LS74,（双,D,触发器）构成时序寄存器，它们的输出作为控制器的状态转换的,4,种状态，控制器状态转换的条件为,TL,和,TY,。,74LS74,管脚图,74LS74,真值表,根据交通灯的控制器状状态态转换表，可以推出控制器方程和转换信号方程；即将控制器的输出 、,和,ST,为,1,的项所对应的输入和状态条件变量相与，其中“,1”,用原变量表示，“,0”,用反变量表示，然后将各与项再相或，即有：,本设计推荐选用,4,选一数据选择器（,74LS153,）来实现,74LS74,中两个,D,触发器的输入函数，将触发器的初始状态值 、,加到,74LS153,的数据选择端作为控制信号，这样即可实现控制器的功能。,显示电路包括数码管时间显示电路和发光二级管模拟红绿灯两个部分。数码管时间显示电路由定时器输出对应的时间经译码器驱动数码管显示每个状态的时间。发光二级管模拟红绿灯电路跟控制器的输出信号有关，根据交通灯的工作状态流程图，可以列出红绿灯与控制器输出信号的关系如下表：,主干道,绿灯,(AG),主干道,黄灯,(AY),主干道,红灯,(AR),支干道,绿灯,(BG),支干道,黄灯,(,BY),支干道,红灯,(,BR),0 0,1,0,0,0,0,1,0 1,0,1,0,0,0,1,1 1,0,0,1,1,0,0,1 0,0,0,1,0,1,0,主干道：,支干道：,4.,显示电路,五、发挥部分,1,、计数器可采用减法计数方式；,2,、主干道和支干道的通行时间可设置为不同；,3,、黄灯的最后,3,秒闪烁，且每秒钟闪烁两次。,超声波测距仪,语音,/,可视倒车雷达,超声波传感器,盲人手杖,1,、掌握便携式超声波传感器、波形发生电路的性能与应用；,2,、掌握常用运算放大电路、数字集成电路、,555,电路的功能和使用。,一、设计目的,超声波测距仪,1,、应用于车辆倒车、盲人手杖等测距，携带方便。,2,、三位,LED,数字动态显示车与障碍物之间的距离，距离测量范围为,0.3-5m,，测量精度为,1cm,。,发挥部分,具有蜂鸣提示音，小于,1m,时具有报警提示功能。,二、设计任务与要求,1,、超声波传感器,20kHz,以上的声音称为超声波，音频范围为,100Hz,20kHz,。,超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强，为此可制成超声波传感器。另外，超声波在空气中传播的速度较慢，约为,340m/s,，这就使得超声波传感器使用变得非常简单。超声波传感器的谐振频率,(,中心频率,),有,23kHz,、,40kHz,、,75kHz,、,200kHz,、,400kHz,等。谐振频率变高，则检测距离变短，分解力也变高。,三、设计原理与分析,2,、工作原理及框图,四、电路设计参考,1.,超声波发射电路的基本工作原理,T/R-40-16,便可发射出一串,40kHz,的超声波信号。,工作电压,9V,，工作电流,25mA,，控制距离可达,8m,。,超声波发射电路参考方案一,:,分立元件构成的超声波发射电路,从,555,的,3,脚输出的,40kHz,的振荡脉冲驱动,T-40-16,工作，使之发射出,40kHz,的超声波信号。电路工作电压为,9V,，工作电流为,40,45mA,控制距离大于,8m,。,超声波发射电路参考方案二,:,555,谐振电路构成的超声波发射电路,用,CMOS,反相器和石英晶振产生一个频率稳定准确的,32768,z,的方波信号，通过分频电路，实现,40kHz,超声波信号输出。,超声波发射电路参考方案三,:,石英晶振构成的超声波发射电路,超声波发射电路推荐方案,超声波发射电路的信号波形分析,2.,超声波接收电路的基本工作原理,超声波接收电路包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。,由于经接收头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经放大电路放大。正弦波信号需要变换为直流信号以判断是否有回波及回波的大小。,超声波接收头,波形变换,放大电路,超声波接收电路参考方案一,:,双稳态超声波接收电路,超声波接收电路参考方案二,:,通用型超声波接收电路,放大,检波、比较,电源,超声波接收电路推荐方案,峰值检波电路,检波电路工作原理和波形分析,超声波发射器向某一方向发射,40kHz,的超声波。在发射超声波的同时，计数器开始计数。超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就会立即返回来。接收器收到反射波后就将回波信号送到比较器，计数器立即停止计数。计数器所计的时间就是超声波从传感器到被测物的往返时间。,超声波在空气中的传播速度设定为,340m/s,，根据计数器记录的时间,t,，就可以计算出发射点距障碍物的距离,s,，即：,s=340,t,/2,。,如何直接显示障碍物的距离,s,？,3.,超声波计数与显示部分,清零、锁存,振荡,-,计时脉冲,超声波计数与显示推荐方案,五、推荐电路总体介绍,工作原理分析,一片,3,位十进制计数器，但只有,1,个输出端，要完成,3,位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制,3,位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。,引脚图,Inputs,输入,Outputs,输出,MasterReset,Clock,Disable,LE,0,0,0,No Change,0,0,0,Advance,进行,0,x,1,x,