第一篇：數(shù)電設(shè)計之交通信號燈

課程設(shè)計目的

分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合實驗闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計出一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計方案。

通過本次設(shè)計來熟悉中規(guī)模集成電路進(jìn)行時序邏輯電路和組合邏輯電路設(shè)計的方法，掌握簡單數(shù)字控制器的設(shè)計方法。

社會需求：交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國加入WTO，我們不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國際接軌。俗話說“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無法保障暢通安全。作為交通控制的重要組成部份的交通信號燈也應(yīng)國際化。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。

謹(jǐn)以此對下面的課題要求進(jìn)行分析、設(shè)計。

一、設(shè)計任務(wù)與要求

由一條干道和一條支道的匯合點形成的十字路口，兩道上的車輛交替通過，為確保車輛的安全,迅速通行,在交叉路口要求主車道和支車道兩條交叉道的每個入口設(shè)置了紅,綠,黃三色信號燈，主道再加一個綠色左拐標(biāo)志燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈給行駛的車輛有時間停靠到禁行線外；綠色標(biāo)志信號燈則是讓主道的車輛左拐進(jìn)入支道。用紅,綠,黃,三色發(fā)光二極管作信號燈,主道紅,綠,黃,綠（左拐標(biāo)志）四個信號燈,支道紅,綠，黃三個信號燈。主干道和支道交替允許通行，主干道每次放行45秒，支道每次放行25秒。設(shè)計45秒和25秒計時顯示器電路。為了方便主干道車輛進(jìn)入支道, 主干道放行45秒后, 主干道亮紅, 綠（左）燈, 支道亮紅燈, 主道的車輛可左拐進(jìn)入支道,時間25秒，計時顯示器電路。在每次由紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈以及亮綠（左）燈的過程中間，要亮5秒黃燈作為過度時間，以使得行駛中的車倆有時間停到禁行線外。計時顯示電路。

二、總體設(shè)計方案 1 設(shè)計思路

系統(tǒng)中要求有45秒，25秒和5秒的三種定時信號，設(shè)計三種相應(yīng)的計時顯示器電路。

計時順序用順計時。定時的起始信號由主控電路給出，定時時間結(jié)束的信號也輸入到主控電路，并通過主控電路去開啟和關(guān)閉四色交通燈或啟動另一種計時電路。

主控電路是整個電路的核心，它的輸入信號來自45秒，25秒，5秒三個定時信號。2 交通燈態(tài)序分析

（1）主車道綠燈亮，支車道紅燈亮。表示主車道上的車輛允許通行，支車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔45秒時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。

（2）主車道黃燈亮，支車道紅燈亮。表示主車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，支車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔5秒時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。

（3）主車道紅燈，綠（左）燈亮，支車道紅燈亮，表示主車道上車輛左拐進(jìn)入支道，支車道禁止通行，如下圖。紅燈，綠（左）燈亮足規(guī)定時間間隔25秒時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（4）工作狀態(tài)同（2）

（5）主車道紅燈亮，支車道黃燈亮。表示主車道禁止通行，支車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔25秒時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。

（6）主車道紅燈亮，支車道黃燈亮。表示主車道禁止通行，支車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔5秒時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。

交通燈以上6種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為000、001、010、011、100、101，并分別用S0、S1、S2、S3、S4、S5表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示，控制器應(yīng)送出主、支車道紅、黃、綠燈、綠（左）燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定：

設(shè)定： 主道 ： 綠：G1 紅：R1 黃：Y1 綠（左）：L1

支道 ： 綠：G2 紅：R2 黃：Y2

車道運行狀態(tài)表：

交通燈控制的狀態(tài)圖：

原理框圖：

三 各功能模塊具體設(shè)計過程 1 秒脈沖電路

（1）由555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生5V,1Hz時鐘信號:由公式1.43/[(R1+2R2)C]=f和實際情況取得 R1=47KΩ,R2=36KΩ,C1=10μF,C2=0.01μF。

（2）測試555定時器電路產(chǎn)生周期為1s的時鐘信號.該電路是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器,使其產(chǎn)生需要的方波作為觸發(fā)器的CP脈沖,由于電路對脈沖的精確度要求不是很高而晶體振蕩需要分頻,所以采用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。2 定時與計時顯示電路

定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構(gòu)成。計數(shù)器選用集成電路74LS163進(jìn)行設(shè)計較簡便。74LS163是4位二進(jìn)制同步計數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。

3主控電路

以上有S0至S5六個狀態(tài)，在這里我們用3個JK觸發(fā)器：Q2、Q1、Q0來實現(xiàn)，這種方法相對簡單些。

其中由R和C構(gòu)成JK觸發(fā)器的上電復(fù)位電路,對JK觸發(fā)器上電時清零.控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：

根據(jù)上表，寫出狀態(tài)方程和觸發(fā)方程：

由此可得主控電路原理圖如下： 譯碼器

譯碼器的作用是將控制器的輸出Q2,Q1,Q0及其邏輯非構(gòu)成的6種狀態(tài)轉(zhuǎn)換

為兩車道上6個信號燈的控制信號。

交通燈G1、R1、Y1、L1、G2、R2、Y2與Q2,Q1,Q0之間的邏輯關(guān)系：

由此可以設(shè)計出譯碼器電路圖：

四、所需元器件

555定時器一個，JK觸發(fā)器3個，門電路,二極管，電阻，電容等(所需元件清單見附錄)。

五、參考文獻(xiàn)

1、數(shù)字集成電路應(yīng)用300例,黃繼昌等主編.,人民郵電出版社

2、第二屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會編.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編(1994～1995).北京:北京理工大學(xué)出版社,1997.3、電子電路設(shè)計與實踐,姚福安編著.山東科學(xué)技術(shù)出版社

4、電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分),康華光主編.第四版.北京:高等教育出版社.2002

5、數(shù)字邏輯電路設(shè)計與實驗,繩廣基編著.上海交通大學(xué)出版社, 1989.6、中國集成電路大全TTL集成電路,《中國集成電路大全》編寫委員會編.北京:國防工業(yè)出版社,1985.7、電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 ,粱宗善.華中理工大學(xué)出版社.1995.1

8、電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計,高吉祥主編.電子工業(yè)出版社 2002.2

六、心得體會

二周的電子實習(xí),留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有耐心,要有堅持的毅力。在整個電路的設(shè)計過程中,花費時間最多的是各個單元電路的連接及個單元電路的細(xì)節(jié)設(shè)計上，如秒脈沖的供給電路和定時器電路的設(shè)計。在實習(xí)過程中,我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)思考,其過程很可能相當(dāng)煩瑣,有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心,有時還特別想放棄，這時更加需要靜下心來查找原因。

總體說來,這次實習(xí)使我受益匪淺。在該如何設(shè)計電路并使電路實現(xiàn)所需功能的過程中,特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了實際操作能力。這次設(shè)計讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時,更讓我體會到成功的喜悅和快樂。

第二篇：論交通信號燈的改進(jìn)方案 王磊

隴東學(xué)院論文

《論道路交通信號燈的改進(jìn)方案》

學(xué)

院：能源工程學(xué)院

班

級：13級安全工程

姓

名：王磊、孫維祥

學(xué)

號：2013401115

20134011

指導(dǎo)教師：楊日麗

日

期：2015.11.10

論道路交通信號燈的改進(jìn)方案

【摘要】隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市機動車輛的增加，交通安全問題越來越引起人們的關(guān)注，所以如何采取合適的交通信號燈對提高交叉路口安全問題有一定的幫助。傳統(tǒng)的交通燈在設(shè)計時沒有充分考慮紅綠色盲行人對紅綠燈的辨別問題，這樣就容易出現(xiàn)交通事故和誤闖紅燈的現(xiàn)象?，F(xiàn)針對此問題提出道路交通信號燈改進(jìn)：除了色彩辨別之外，結(jié)合人機工程學(xué)相關(guān)設(shè)計原則，提出通過附加不同形狀信號燈，為紅綠色盲行人提供準(zhǔn)確的道路信號。這樣就會大大降低紅綠色盲患者誤闖紅燈的現(xiàn)象，對降低交通事故有一定的指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】交通信號燈；人機工程學(xué)；紅綠色盲行人；改進(jìn)方案 0.引言

道路交通信號燈安裝的位置、易辨認(rèn)程度的好壞，直接影響行人對交通信息的接收及加工。尤其針對于目前存在較普遍“闖紅燈”問題，有一大部分人是由于鑒于不能很好識別信號燈的信息（比如紅綠色盲患者），才做出“闖紅燈”行為。鑒于此，對傳統(tǒng)交通信號燈設(shè)計的改進(jìn)是勢在必行。1.交通信號燈的設(shè)置及安裝原則

(1)信號燈設(shè)置條件總則:①信號燈設(shè)置時應(yīng)考慮路口、路段和道口三種情況。②應(yīng)根據(jù)路口形狀、交通流量和交通事故狀況等條件，確定路口交通信號燈的設(shè)置。③應(yīng)根據(jù)路段交通流量和交通事故狀況等條件，確定路段信號燈的設(shè)置。④在道口處，應(yīng)設(shè)置道口信號燈。⑤在設(shè)置信號燈時，應(yīng)配套設(shè)置相應(yīng)的道路交通標(biāo)志、道路交通標(biāo)線和交通技術(shù)監(jiān)控設(shè)備。⑥路口信號燈設(shè)置:路口按形狀主要可分為：十字形、斜交、T形、Y形、錯位T形、錯位Y形、多路、環(huán)形路口。⑦十字形路口、斜交路口、T形路口、Y形路口——當(dāng)相交的兩條道路均為干路時，應(yīng)設(shè)置信號燈。——當(dāng)相交的兩條中有一條為支和交通事故狀況等條件，確定是否設(shè)置信號燈

（2）信號燈的排列順序:①水平排列式：從道路的中心線一側(cè)起以紅，黃，綠的順序向路邊排列。常用于路面較寬的道路。②垂直排列式：從上往下依次是紅，黃，綠燈。這樣方式常用于路面較窄的道路。③按固定方式排列信號燈有兩個好處：一是把紅燈信號放在最醒目的位置；二是可使患色盲的人憑借位置來判斷信號的含義。

（3）信號燈光源及燈光色彩功能：傳統(tǒng)交通燈是一種新型光源LED，它具有很多優(yōu)勢，如體積小，耗電少，有較高的亮度，重量輕和使用壽命長等，如今被廣泛應(yīng)用在道路交通中。信號燈有三種顏色，分別為綠燈、紅燈、黃燈。首先是綠燈信號，綠燈信號就是準(zhǔn)許同行，被放行的直行車輛和行人不能受到轉(zhuǎn)彎車輛的妨礙；其次是紅燈信號，紅燈信號是禁止通行，對于右轉(zhuǎn)車輛，如果不會對放行的車輛和行人通行造成妨礙則可以通行；最后是黃燈信號，黃燈信號包括準(zhǔn)許通行和禁止通行兩個含義，如果車輛已經(jīng)越過停止線則可以繼續(xù)通行，黃燈亮?xí)r，行人不能進(jìn)入人行通道，對處于人行通道內(nèi)的行人來講，則需要考慮具體情況做合理選擇。

（4）信號燈安裝要求：在位置方面，如果道路沒有機動車 道和非機動車道隔離帶，那么就在路緣線切點附近安裝信號燈桿；道路寬度較大時，則可以在道路右側(cè)人行道上安裝，也可以結(jié)合需求將一個信號燈組增設(shè)與左側(cè)人行道；道路比較狹窄時，則采用柱式方法，在道路兩側(cè)人行道上安裝。2.交通信號燈的改進(jìn)

傳統(tǒng)交通信號燈設(shè)計時沒有充分考慮紅綠色盲行人的識別問題，據(jù)道路交通安全研究中心提供的數(shù)據(jù)顯示：2009年至2013年，每年由于行人闖紅燈導(dǎo)致的道路交通事故死亡人數(shù)占因行人肇事死亡人數(shù)的21.5%，也就是說，每5個因行人肇事導(dǎo)致死亡的人中，就有1人死于闖紅燈。無疑闖紅燈，已間接成為了馬路上的無形殺手。公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012年全年，全國共查處闖紅燈通行交通違法行為2649萬起，平均每天7萬多起，而每年死于闖紅燈的人數(shù)平均1000多人，這么多的事故有一部分是色盲患者在未能識別清楚紅綠的情況下造成的。而臨床調(diào)查顯示，男性色盲占4.9%，女性色盲占0.18%，但目前仍缺乏有效的治療方法，這么多的色盲患者每天走在在道路上肯定會有部分人在下雨天或天氣不好時誤闖紅燈，這樣就容易造成交通事故。針對上述情況，提出相應(yīng)的改進(jìn)方案：

（1）改進(jìn)交通燈的發(fā)光顯示形式。現(xiàn)在交通中常用是電子數(shù)字顯示器，電子顯示的主要問題有兩個：一是因字形由直線段組成，因而失去常態(tài)的曲線，帶來認(rèn)讀的不方便；二是各字間隔會因字的不同而變化，忽大忽??；如圖2-1所示。實驗表明,由亮 小圓點陣來構(gòu)造字符，認(rèn)讀性好，使混淆的可能性大為減小。如圖2-2所示。所以把LED交通燈的燈光變成由小圓點陣構(gòu)成的燈光每個人看起來都很醒目。

圖2-1 電子數(shù)碼顯示

圖2-2 原點陣顯示

（2）合乎使用目的。各種情況的指示燈應(yīng)當(dāng)用不同的顏色，信號燈多時，除了顏色的區(qū)別，還要在形狀上區(qū)別，而形狀、標(biāo)記應(yīng)和所代表的意義有邏輯關(guān)系，如“→”表示指向，“×”表示禁止，“！”表示警示。

（3）交通燈安裝方位與顏色選擇。交通信號燈必須安裝在最佳視區(qū)，一般在20°內(nèi)，在交叉路口中央上空安裝信號燈時應(yīng)符合車輛通行凈空高度界限的要求。信號燈的亮度應(yīng)保證人們在100m以外能看清，需在不必抬頭即能看到，如圖2-3所示。常用的10種信號燈編碼顏色的不易混淆次序為：黃、紫、橙、淺藍(lán)、紅、淺黃、綠、紫紅、藍(lán)、黃粉。一般交通信號燈使用紅、黃、綠三色，因為當(dāng)人們從遠(yuǎn)方辨認(rèn)前方的多種顏色時，其易于 辨認(rèn)的顏色順序是紅、綠、黃。而且在霧霾的天氣里，可視度大大降低使人們看紅綠燈時很模糊，而紅、綠、黃三色透光率強容易讓行人辨別，所以采用紅、綠、黃。

圖2-3 交通信號燈位置布置圖

（4）改進(jìn)的交通燈形狀。傳統(tǒng)的交通燈為圓形，這對紅綠色盲患者辨認(rèn)有一定的困難，他們看到紅色和綠色交通燈都是灰色的，往往就誤闖紅燈，但是他們能辨別形狀，所以把圓形交通燈改變成方形就不會出現(xiàn)認(rèn)不清的情況。如圖2-4所示。如在一些地方出現(xiàn)了由方形、菱形、圓形混合式的交通燈，如圖2-5所示。

圖2-4 改進(jìn)的交通信號燈 圖2-5 形狀混合式交通燈

（5）交通信號燈的變換時間：根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，目前機動車和非機動車信號燈轉(zhuǎn)換序列為：紅-綠-黃-紅，在許多城市紅燈亮的時間只有30秒造成交叉路口擁堵，當(dāng)城市車輛較多時宜60秒較合理，因為二個30秒內(nèi)出現(xiàn)的駕駛員反應(yīng)和車輛起步所消耗的時間是60秒的一倍，而且后者的通過車速明顯快于前者，且黃燈亮的時間不得短于3秒，給人們充足的反應(yīng)時間。

（6）避免交通眩光。①限制光源亮度：當(dāng)光源亮度大于16×104cd/m2時，無論亮度對比如何，都會產(chǎn)生嚴(yán)重的眩光，控制發(fā)光強度不小于1500cd/m2且不大于2500cd/m2。②合理布置光源：盡可能將光源布置在視線的微弱刺激區(qū)，采用適當(dāng)?shù)膽覓旄叨龋构庠丛谝暰€45°以上時炫光就不明顯了。另外就是采用不透明材料，使燈罩邊沿至燈絲連線和水平線構(gòu)成一定的保護(hù)角，此角度45°為宜，不應(yīng)小于30°，這樣就不會刺激眼睛，提高了人機工作效率。3.結(jié)束語

綜上所述，通過對交通信號燈形狀的改進(jìn)，能提高道路運行 情況，幫助一些紅綠色盲的行人更好的辨別紅綠燈，可以減少他們誤闖紅燈的現(xiàn)象。從安全人機工程學(xué)的角度對發(fā)光燈顯示形式的改進(jìn)，可以讓每個人認(rèn)讀更方便且不易混淆。使用這樣的信號燈會減少人們誤闖紅燈，促使交通信號燈有效性得到提升，充分貫徹以人為本的理念，最大程度上提高道路交通安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 張力，廖可兵.安全人機工程學(xué)[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.[2] 歐陽文韶，廖可兵.安全人機工程學(xué)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2002 [3] 公安部交通管理科學(xué)研究所.道路交通信號燈新國標(biāo)（GB14887－2011）宣貫.[4] 國務(wù)院法制辦政法司.中華人民共和國道路交通法實施條例[S].北京：人民交通出版社，2004.[5] 公安部交通管理科學(xué)研究所.道路交通信號燈（GB14-828070[S].）北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

第三篇：數(shù)電課程設(shè)計 聲控?zé)粼O(shè)計

聲光控延時照明燈的設(shè)計

一、設(shè)計目的

本次設(shè)計是以實踐性為課題，起到鞏固所學(xué)知識，加強綜合能力，培養(yǎng)電路設(shè)計能力，提高實驗技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想的效果。

用聲光控延時開關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。聲光控延時開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點。

二、方案設(shè)計

電路由直流供電電路、控制電路、延時電路三部分組成?？刂齐娐凡捎没緮?shù)字邏輯單元進(jìn)行設(shè)計。

直流供電電路 由D1-D4組成橋式整流電路。交流220V電壓經(jīng)橋式整流橋后變成脈動的直流電，供后續(xù)電路工作。

控制電路由四與非門CD4011、駐極體話筒BM、光敏電阻R5、三極管9014、單向可控硅SCR等元器件組成。由CD4011的選定的輸出端控制晶閘管的關(guān)閉，從而控制整個燈的關(guān)滅。光敏電阻在白天時，電阻值小，CD40011輸出永遠(yuǎn)為低電平，晶閘管為低電壓，不導(dǎo)通，燈不亮。光敏電阻在夜晚時阻值大，光敏電阻與聲音信號的有無一起控制CD4011的輸出。夜晚當(dāng)有聲音時，聲音信號經(jīng)過放大，與光敏電阻控制的CD40011輸出為高電平，晶閘管導(dǎo)通，燈亮。無聲音信號時，不亮。

延時電路 有電容C和電阻R的沖放電里控制。

三、電路設(shè)計及理論分析

1、原理框圖

圖1 聲控?zé)粼砜驁D

圖2 聲控電路原理圖

2．單元電路設(shè)計及分析

電路由直流供電電路、控制電路、延時電路三部分組成。2.1 直流供電電路

直流供電電路由D1-D4組成橋式整流電路。交流220V電壓經(jīng)橋式整流橋后變成脈動的直流電，供后續(xù)電路工作。

2.2 控制電路

控制電路由四與非門CD4011、駐極體話筒BM、光敏電阻R5、三極管9014、單向可控硅SCR等元器件組成。

白天，由于光敏電阻R5阻值低，其兩端電壓低，CD4011的一腳為低電平，3腳即變成高電平，導(dǎo)致11腳為低電平，即單向可控硅控制極G為低電平，單向可控硅截止，燈泡不亮。

夜晚，由于光敏電阻沒有受到陽光照射，其阻值很高，兩端電壓較高，即1腳變成高電平，此時3腳的狀態(tài)受2腳控制，若2腳為高電平，則3腳為低電平，若2腳為低電平，則3腳位高電平。

當(dāng)駐極體接收到聲音信號后，經(jīng)C1的濾波作用，被三極管Q1放大，當(dāng)被放大的信號達(dá)到峰值時，此時2腳即便為高電平，3腳變?yōu)榈碗娖剑?1腳高電平，單向可控硅控制極變成高電平，單向可控硅導(dǎo)通，燈泡點亮。

當(dāng)駐極體沒有接收到聲音信號時，2腳為低電平，燈泡不亮，工作原理類同白天情況。

2.3 延時電路

由C3、R7組成，通過C3的充放電來維持燈泡的點亮狀態(tài)，延時的時間由C3的容量及R7的阻值來決定。

3、整個電路的工作原理分析

圖5 電路的工作原理詳細(xì)框圖

聲光控延時開關(guān)的電路原理圖見圖2所示。電路中的主要元器件是使用了數(shù)字集成電路CD4011，其內(nèi)部含有4個獨立的與非門VD1~CD4，使電路結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高。顧名思義，聲光控延時開關(guān)就是用聲音來控制開關(guān)的“開啟“，若干分鐘后延時開關(guān)“自動關(guān)閉”。因此，整個電路的功能就是將聲音信號處理后，變?yōu)殡娮娱_關(guān)的開動作。明確了電路的信號流程方向后，即可依據(jù)主要元器件將電路劃分為若干個單元，由此可畫出圖5電路的工作原理詳細(xì)框圖來分析圖2。

聲音信號(腳步聲、掌聲等)由駐極體話筒BM接收并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)C1耦合到9014的基極進(jìn)行電壓放大，放大的信號送到與非門(VD1)的2腳，R3、R6是9014的偏置電阻，C2是電源濾波電容。為了使聲光控開關(guān)在白天開關(guān)斷開，即燈不亮，由光敏電阻R5等元件組成光控電路，R4和R5組成串聯(lián)分壓電路，白天光敏電阻兩端的電壓低，不管有沒有聲音信號傳來，CD4011的3號端口始終為低電平，整個CD4011輸出端11號端口為低電平，晶體閘始終處于斷開狀態(tài)，燈不亮。夜晚環(huán)境無光時，光敏電阻的阻值很大，R5兩端的電壓高，即CD401，改變R7或C3的值，可改變延時時間，滿足不同目的。VD3和VD4構(gòu)成兩級整形電路，將方波信號進(jìn)行整形。當(dāng)C3充電到一定電平時，信號經(jīng)與非門VD3、VD4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開關(guān)閉合；C3充滿電后只向R7放電，當(dāng)放電到一定電平時，經(jīng)與非門VD3、VD4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關(guān)斷開，完成一次完整的電子開關(guān)由開到關(guān)的過程。

二極管D1～D4將交流220v進(jìn)行橋式整流，變成脈動直流電，又經(jīng)R3降壓，C2濾波后即為電路的直流電源，為BM、9014、IC CD4011等供電。

四、心得體會

通過此次課程設(shè)計，學(xué)習(xí)到了如何應(yīng)用理論知識驗證并解決實際生活中遇到的相關(guān)問題以及各種元器件的工作原理和實際應(yīng)用，使之受益匪淺。

第四篇：數(shù)電課程設(shè)計

題目：光控計數(shù)器

學(xué)院：核工程技術(shù)學(xué)院

專業(yè)：核技術(shù)

學(xué)號：09026103

姓名:史鎮(zhèn)瑋

作者（簽名）：

完成日期：2011年6月日 【課題名稱】 光控計數(shù)器 【內(nèi)容摘要】

利用光線的通斷來統(tǒng)計數(shù)目的光控計數(shù)器。其主要系統(tǒng)組成為：光電轉(zhuǎn)換模塊、整形模塊、時序控制模塊、計數(shù)譯碼模塊和顯示模塊，通過對光電的轉(zhuǎn)換，由時序邏輯電路控制，達(dá)到自動計數(shù)的功能。【設(shè)計內(nèi)容及要求】

本設(shè)計主要是利用光線的通斷來統(tǒng)計計數(shù)。要求設(shè)計兩路光控電路，根據(jù)光控電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的先后順序，來判斷計數(shù)器進(jìn)行加或減計數(shù)，要求計數(shù)器的最大計數(shù)容量為99，用數(shù)碼管顯示數(shù)字，并設(shè)置手動復(fù)位?！驹O(shè)計原理】 1工作原理

首先由光控電路將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)由555定時器組成的施密特觸發(fā)器整形和555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)脈沖，輸出計數(shù)脈沖信號。再通過計數(shù)器和譯碼器，在數(shù)碼顯示管上顯示數(shù)目的增加或減少，實現(xiàn)自動計數(shù)的功能。2.整個系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)由五個部分組成：光控電路、觸發(fā)脈沖、加減計數(shù)、顯示譯碼和數(shù)碼顯示，其工作原理框圖如下：

3.電路圖（見附錄）【單元電路設(shè)計及原理】 1.光電轉(zhuǎn)換電路

光電轉(zhuǎn)換電路用于將光信號轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的電信號。由于需要進(jìn)行數(shù)目的加和減的運算，此部分需要兩個相同的光控電路。每個電路的組成為：一個施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

當(dāng)光敏電阻處于光照時，電阻阻值較低，單穩(wěn)態(tài)輸出低電平。當(dāng)遮住第一光敏電阻光時，電阻升高，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出高，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，維持1.1s 施密特觸發(fā)器：

一個555定時器芯片、R1、RG（光敏電阻），當(dāng)RG有光照時，電阻下降。隨之，TH端電壓下降，輸出端3口輸出高電平。反之，RG弱光時，電阻升高，TH端電壓升高，3輸出低電平。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：

用555芯片構(gòu)成單穩(wěn)觸發(fā)器，每次觸發(fā)產(chǎn)生一個1s左右的方波脈沖。當(dāng)從施密特觸發(fā)器3輸出，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2（TR）輸入高電平，3端立刻輸出低電平。隨之，當(dāng)2輸入低電平，3隨即輸出高電平。然而，當(dāng)2馬上輸入高電平時，3輸出將維持一段時間，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。

維持時間：Tw=RC ln3 = 1.1s

2、時序控制電路

時序控制電路在本課題中主要用于判斷計數(shù)的增加或是減少，在此選用了一個雙D觸發(fā)器74LS74、74LS00芯片來實現(xiàn)。74LS74雙D觸發(fā)器，用于和其它芯片一起構(gòu)成時序邏輯電路。由于74LS74是上升邊沿觸發(fā)的邊沿D觸發(fā)器，電路結(jié)構(gòu)是維特—阻塞型的，所以又稱維特—阻塞觸發(fā)器。它要求控制端D的信號應(yīng)超前CP脈沖上升邊沿2Tpd1時間建立，并要求在CP脈沖觸發(fā)邊沿到來后繼續(xù)維持1Tpd1時間（此處的Tpd1是TTL門的平均傳輸延遲時間）

當(dāng)上端3輸出由低到高的電平，高電平維持1.1s，在其維持的時間段中，給下端3輸入一由低到高的電平，給D觸發(fā)器CP一上升沿。這是，D觸發(fā)器工作 Q′=D′=0，同時兩與非門的輸出由低到高變化，給了下一模塊一上升沿。

3、計數(shù)和譯碼和顯示部分

計數(shù)部分由兩片74LS191異步級聯(lián)而成。譯碼部分是由兩片74LS47來完成，顯示部分是由兩個共陰極LED數(shù)碼顯示管。用于接收計數(shù)脈沖信號并將其轉(zhuǎn)化成單獨的信號輸出并顯示。74LS191 74LS191是集成4位同步二進(jìn)制加減計數(shù)器，可執(zhí)行十六進(jìn)制加減法計數(shù)及異步置數(shù)功能?？赏ㄟ^外電路連接構(gòu)成其他進(jìn)制的計數(shù)器，本課題連接成十進(jìn)制計數(shù)器。

當(dāng)14(CP)來上升沿時，191(1)開始計數(shù)，分為兩種情況，U′/D輸入為0，則進(jìn)行加法計數(shù)，U′/D輸入為1時，進(jìn)行減法計數(shù)。

同時，2和7接與非門，輸出端接置數(shù)端LD′和191(2)CP，191(1)的2和7輸出1時，(2)CP為0，下一狀態(tài)為1，上升沿到，進(jìn)位計數(shù)。74LS47和數(shù)碼管 兩個譯碼器和兩個數(shù)碼管來完成，用于接收計數(shù)脈沖信號并將其轉(zhuǎn)化成單獨的信號輸出并顯示。當(dāng)47譯碼器3端接地，數(shù)碼管全部顯示?！緟?shù)計數(shù)及器件選擇】

1.測量光敏電阻在無光和有光時電阻。第一個，有光，Rg=5.34KΩ，無光時，Rg=29.8KΩ。第二個，有光，Rg=6.1KΩ，無光時，Rg=34.5KΩ。根據(jù)1/3Rg(無光)≤R1≤2/3Rg(有光)，選擇R1=R3=10KΩ

2.對數(shù)碼管檢測。將數(shù)碼顯示管的的3端接地，用高電平依次接到除8以外的其他端，發(fā)現(xiàn)無任何顯示。說明使用的是共陽極數(shù)碼顯示管，應(yīng)在3腳或8腳加電源（中間接限流電阻）。經(jīng)再次測試，數(shù)碼管顯示正常。【組裝與調(diào)試】

整個電路分為三個模塊進(jìn)行組裝調(diào)試，分析。

1、施密特觸發(fā)器與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的調(diào)試

按圖接好電路，R1選擇10KΩ，接通電源，將3端接到發(fā)光二極管。這時，二極管正常發(fā)光。當(dāng)對光敏電阻進(jìn)行遮光處理，二極管為暗。第二個觸發(fā)器的調(diào)試，同上述操作，R3為10KΩ。

當(dāng)施密特觸發(fā)器正常工作時，在檢測單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。此時二極管接到3端，二極管為暗。當(dāng)對光敏電阻進(jìn)行遮光處理，二極管正常發(fā)光，照光后，持續(xù)1.1s。表示單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器調(diào)試良好。第二塊單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，同上述操作。

2、雙D觸發(fā)器與與非門測試

D觸發(fā)器的1、4端輸入高電平信號，檢測Q`=D`。與非門按有“0必出1，11為零”的原則檢測。檢測完成后，將其接入電路。

3、計數(shù)和譯碼和顯示部分

按圖連好電路，將第一片191芯片14端輸入單脈沖，觀察數(shù)碼管顯示結(jié)果，當(dāng)5端輸入高電平時為減法，5端輸入低電平時為加法，數(shù)碼管正常計數(shù)，說明電路正常。調(diào)試完成后，按圖將其接入總電路。【報錯分析】

1、計數(shù)部分調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)只有第一個數(shù)碼管計數(shù)，而第二個數(shù)碼管停止不計。經(jīng)檢測，第二個74LS191芯片沒有脈沖輸入。由此判斷，與非門74LS00芯片，出現(xiàn)問題。更換后，計數(shù)正常。

2.電路連接完成后，只能做減法而不做加法。經(jīng)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)74LS74芯片出現(xiàn)問題。更換后，計數(shù)正常。

3.更換74LS74后，發(fā)現(xiàn)計數(shù)紊亂。與電路圖對照后，發(fā)現(xiàn)，沒有將74LS74的1、4端接到高電平。【實驗結(jié)果】

整個模塊進(jìn)行調(diào)試，對第一模塊RG遮光，馬上對第二個RG遮光處理，數(shù)碼顯示管按預(yù)期的進(jìn)行1次加法運算。但對第二塊RG遮光，馬上對第一塊RG遮光，則進(jìn)行2次減法運算。【應(yīng)用及評估】

現(xiàn)今人們在生活、學(xué)習(xí)和工作中，經(jīng)常需要對某種物品進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計。如進(jìn)出房間的人數(shù)統(tǒng)計。常規(guī)的機械計數(shù)和人工計數(shù)不僅麻煩，而且極為浪費時間和資源。在學(xué)習(xí)了脈沖數(shù)字電路的基礎(chǔ)上，本課題所設(shè)計的一種利用光線的通斷來統(tǒng)計數(shù)目的光控計數(shù)器，用一種較為簡單的設(shè)計解決了這一現(xiàn)實問題。而且此產(chǎn)品簡單方便，非常易于用于實際生活中,有教高的實用價值?！舅柙骷?/p>

試驗箱（含面包板）

1塊 555定時器4片 74LS74

1片 74LS00

1片 74LS1912片 74LS47 2片 數(shù)碼管

2個 電阻：10K歐姆4個 1K歐姆 2個 電容：100μF 2個 0.01μF 4個 【心得體會】

經(jīng)過兩天的實驗，使得在課堂上學(xué)習(xí)的知識得到鞏固，同時增加了對電路的分析，連接，調(diào)試，錯誤分析等能力，思維得到了進(jìn)一步的升華。1）做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。

2）通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

3）調(diào)試過程是痛苦的，調(diào)試電路是需要非常強的理論作為基礎(chǔ)的，但也是最能提升能力的部分，只有通過親自調(diào)試電路，發(fā)現(xiàn)電路存在的問題，思考產(chǎn)生的原因，并想辦法解決問題，才能加深對自己設(shè)計電路的認(rèn)識。4）此次課程設(shè)計，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機應(yīng)變，能靜下心來，不煩躁去解決問題等都受益非淺。在整個課程設(shè)計當(dāng)中，深刻體會到設(shè)計一個電路的難度。雖然已經(jīng)有設(shè)計總電路圖，但實驗過程中并不是一帆風(fēng)順的，期間遇到過好多問題。但最終通過自己的能力得以解決。當(dāng)看到自己的成果時，發(fā)現(xiàn)其實課程設(shè)計是很有意思的。我們需要認(rèn)真的去體會實驗給我們帶來的樂趣?？傊舜握n程設(shè)計實驗，使我受益匪淺?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】

1.閻石.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》.高等教育出版社.2.管小明.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計》.電子與機械工程學(xué)院機電基礎(chǔ)教學(xué)部

附錄

附：光控計數(shù)器電路總圖

第五篇：數(shù)電課程設(shè)計

數(shù)電課程設(shè)計(序列檢測器)

課程設(shè)計題目：設(shè)計一個10010的序列檢測器。

設(shè)計思路如下：

狀態(tài)圖

INIT=0，A1=1，A2=10，A3=100，A4=1001，A5=10010.圖中，沿紅線狀態(tài)從INIT變到A5，即輸入為正確的序列10010，黑線為每次輸入錯誤時的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。

狀態(tài)轉(zhuǎn)移表

設(shè)計程序如下

module xljcq(clk,A,unclk);input clk,A;output unclk;reg unclk;reg [4:0] Sreg,Snext;parameter INIT=1'b0，A1=1'b1;parameter [1:0] A2=2'b10;parameter [2:0] A3=3'b100;parameter [3:0] A4=4'b1001;parameter [4:0] A5=5'b10010;always @(posedge clk)

Sreg<=Snext;always @(A,Sreg)begin

case(Sreg)

INIT: if(A==0)Snext=INIT;

else

Snext=A1;

A1:

if(A==0)Snext=A2;

else

Snext=A1;

A2:

if(A==0)Snext=A3;

else

Snext=A1;

A3:

if(A==0)Snext=INIT;

else

Snext=A4;

A4:

if(A==0)Snext=A5;

else

Snext=A1;

A5:

if(A==0)Snext=A3;

else

Snext=A1;

default Snext=INIT;

endcase end always @(Sreg)

case(Sreg)

INIT,A1,A2,A3,A4: unclk=0;

A5: unclk=1;

default unclk=0;

endcase endmodule

程序功能仿真圖：

Figure1

從figure1中可以看出在連續(xù)的6個clk的posedge, 輸入A為10010，所以在第六個clk的posedge，輸出unclk由0變?yōu)?。

Figure2

Figure2是緊接figure1的功能仿真時序圖，在此時序中，六個clk 的posedge輸入A為101010，和設(shè)計的要求一樣，unclk一直都為0.