http://edu.phei.com.cn/电子技能与实训（第2版修订本） 电子教案中等职业教育国家规划教材（电子电器应用与维修专业）
主 编 迟钦河2／549第6章 课程设计第6章 课 程 设 计6.1 综合性实验和课程设计总论6.1.1
概述综合性实验和课程设计的教学任务是使学生通过一、两个实际问题，巩固和加深在“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”课程中所
学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般分析和设计方法，提高对电子电路的分析、设计和实验能力，为以后从事生产和科研工作打
下一定的基础。实践证明，经过此实践性环节训练的学生，对毕业设计和毕业后从事电子技术方面的工作有很大帮助。通常所说的电子电路设计，一
般包括，拟定性能指标、电路的预设计、实验和修改设计四个环节。衡量设计的标准是：工作稳定可靠，能达到所要求的性能指标，并留有适当的余
量；电路简单、成本低、功耗低；所采用元器件的品种少、体积小且货源充足；便于生产、测试和维修等。这里介绍常用电子电路的一般设计方法，
列出课程设计的题目和要求。3／549第6章 课程设计6.1.2 常用电子电路的一般设计方法常用电子电路的一般设计方法和步骤是：
选择总体方案，设计单元电路，选择元器件，审图，实验（包括修改测试性能），画出总体电路图。由于电子电路种类繁多，千差万别，设计方法和
步骤也因情况不同而不同，因而上述设计步骤需要交叉进行，有时甚至会出现反复。因此在设计时，应根据实际情况灵活掌握。1．总体方案的选择
设计电路的第一步就是选择总体方案，所谓总体方案是根据所提出的任务、要求和性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现
各项功能，满足设计题目提出的要求和技术指标。由于符合要求的总体方案往往不止一个，应当针对任务、要求和条件，查阅有关资料，以广开思路
，提出若干不同的方案，然后仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中取优。在选择过程中，常用框图表示各种方案的基本原理。框图
一般不必画得太详细，只要说明基本原理就可以了，但有些关键部分一定要画清楚，必要时尚需画出具体电路来加以分析。4／549第6章 课
程设计选择方案应注意的几个问题：① 应当针对关系到电路全局的问题，开动脑筋，多提些不同的方案，深入分析比较。有些关键部分，还要提出
各种具体电路，根据设计要求进行分析比较，从而找出最优方案。② 既要考虑方案的可行性，还要考虑性能、可靠性、成本、功耗和体积等实际问
题。③ 选定一个满意的方案并非易事，在分析论证和设计过程中需要不断改进和完善，出现一些反复是再所难免的，但应尽量避免方案上的大反复
，以免浪费时间和精力。2．单元电路的设计在确定了总体方案、画出详细框图之后，便可进行单元电路设计。设计单元电路的一般方法和步骤：①
根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标。注意各单元电路之间
的相互配合，但要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。5／549第6章 课程设计② 拟定出各单元电路的
要求后，应全面检查一遍，确实无误后方可按一定顺序分别设计各单元电路。③ 选择单元电路的结构形式。一般情况下，应查阅有关资料，以丰富
知识、开阔眼界，从而找到适用的电路。当确实找不到性能指标完全满足要求的电路时，也可选用与设计要求比较接近的电路，然后调整电路参数。
3．总电路图的画法设计好各单元电路以后，应画出总电路图。总电路图是进行实验和印制电路板设计制作的主要依据，也是进行生产、调试、维修
的依据，因此画好一张总电路图非常重要。画总电路图的一般方法如下：① 画总电路图应注意信号的流向，通常从输入端或信号源画起，由左到右
或由上到下按信号的流向依次画出各单元电路。但一般不要把电路画成很长的窄条，必要时可按信号流向的主通道依次把各单元电路排成类似字母“
U”的形状，它的开口可以朝左，也可以朝向其他方向。② 尽量把总电路图画在同一张图样上，如果电路比较复杂，一张图样画不下，应把主电路
画在同一张图样上，而把一些比较独立或次要的部分（例如直流稳压电源）画在另一张或者几张图样上，并用适当的方式说明各图样之间的信号联系
。6／549第6章 课程设计③ 电路图中所有的连线都要表示清楚，各元器件之间的绝大多数连线应在图样上直接画出。连线通常画成水平线
或竖线，一般不画斜线。互相连通的交叉线，应在交叉处用圆点标出。连线要尽量短。电源一般只标出电源电压的数值（例如+5V，+15V，-
15V）。电路图的安排要紧凑、协调，稀密恰当，避免出现有的地方画得很密，有的地方却空出一大块。总之，要清晰明了，容易看懂，美观谐调
。④ 电路图中的中大规模集成电路，通常用框形表示。在框中标出它的型号，框的边线两侧标出每根连线的功能名称和管脚号。除中大规模器件外
，其余元器件的符号应当标准化。⑤ 集成电路器件的管脚较多，多余的管脚应作适当处理。⑥ 如果电路比较复杂，设计者经验不足，有些问题在
画出总体电路之前难以解决。可以先画出总电路图的草图，调整好布局和连线之后，再画出正式的总电路图。以上只是总电路的一般画法，实际情况
千差万别，应根据具体情况灵活掌握。7／549第6章 课程设计4．元器件的选择从某种意义上讲，电子电路的设计就是选择最合适的元器件
，并把它们最好地组合起来。因此在设计过程中，经常遇到选择元器件的问题，不仅在设计单元电路和总体电路及计算参数时要考虑选哪些元器件合
适，而且在提出方案、分析和比较方案的优缺点时，也需要考虑用哪些元器件以及它们的性能价格比如何等；怎样选择元器呢？必须搞清两个问题。
第一，根据具体问题和方案，需要哪些元器件，每个元器件应具有哪些功能和性能指标；第二，哪些元器件实验室有，哪些在市场上能买到，性能如
何？价格如何？体积多大。电子元器件种类繁多，新产品不断出现，这就需要经常关心元器件的信息和新动向，多查资料。一般优先选用集成电路，
集成电路的应用越来越广泛，它不但减小了电子设备的体积、成本，提高了可靠性，安装、调试比较简单，而且大大简化了设计，使数字电路的设计
非常方便。8／549第6章 课程设计5．审图因为在设计过程中有些问题难免考虑不周，所以在画出总电路图后，要进行全面审查，审图时应
注意以下几点：① 先从全局出发，检查总体方案是否合适，有无问题，再检查各单元电路的原理是否正确，电路形式是否合适。② 检查各单元电
路之间的电平、时序等配合有无问题。③ 检查电路图中有无烦琐之处，是否可以化简。④ 要特别注意电路图中各元器件是否工作在额定值范围内
，以免实验时损坏。⑤ 解决所发现的全部问题后，若改动较多，应当复查一遍。9／549第6章 课程设计6．实验（1）实验的必要性设计
一个能实际应用的电子电路，既要考虑方案以及用哪些单元电路，各单元电路之间怎样连接，如何配合，还要考虑用哪些元器件，它们的性能、价格
、体积、功耗、货源等。因此，设计时要考虑的因素和问题相当多，加之电子元器件品种繁多、性能各异，初学者经验不足，以及一些新的集成电路
功能较多，内部电路复杂，如果没有实际使用过，单凭看资料很难掌握它的各种用法和具体细节。因此，设计时难免考虑不周，出现差错。实践证明
，对于比较复杂的电子电路，单是纸上谈兵，要想使自己设计的电路无误和完善，往往是不可能的，所以必须进行实验。（2）实验内容① 检查各
元器件的性能和质量能否满足设计要求。② 检查各单元电路的功能和主要指标是否达到设计要求。③ 检查各个接口电路是否起到应有的作用。④
把各单元电路组合起来，检查总体电路的功能，从中发现设计中的问题。在实验过程中遇到问题时应善于理论联系实际，深入思考，分析原因，找
出解决问题的办法。经测试，性能达到全部要求后，再画出正式的电路图。下面，给出几个比较复杂的电子电路作为综合性实验和设计的参考。10
／549第6章 课程设计6.2 线性集成稳压电源6.2.1 工作原理由线性集成稳压电路组成的稳压电源如图6.1所示。其工作原
理与由分立元件组成的串联型稳压电源基本相似，只是稳压电路部分由三端稳压块代替，整流部分由硅桥式整流器代替，使电路的组装与调试工作大
为简化。至于三端集成稳压电路的工作原理，在教材中已有阐述，此处不再重复。硅桥式整流器和三端稳压块的外形、型号和电参数等，实验者可参
阅有关书籍。 11／549第6章 课程设计图6.1 三端集成稳压电路的工作原理12／549第6章 课程设计6.2.2 实验
仪器和器材MF-30型万用表 一只数字电压表
一台示波器或DA-16型晶体管毫伏表 一台调压器 一台6.2.3
实验步骤（1）接线。按图7.1连接电路，电路接好后在A点处断开，测量并记录Vi的波形（即VA的波形）。然后接通A点后面的电路，观
察Vo的波形，如有振荡应消除。调节Rw，输出电压若有变化，则电路的工作基本正常。13／549第6章 课程设计（2）测量稳压电源输
出范围。调节Rw，用示波器监视输出电压Vo的波形，分别测出稳压电路的最大和最小输出电压，以及相应的Vi值：（3）测量稳压块的基准电
压（即电阻240?两端的电压）。（4）观察纹波电压。调节Rw使Vo＝9V，用示波器观察稳压电路输入电压Vi的波形，并记录纹波电压的
大小。再观察输出电压Vo的纹波，将两者进行比较。（5）测量稳压电源的输出电阻ro。断开RL（RL＝开路），用数字电压表测量RL两端
的电压，记为Vo然后接入RL，测出相应的输出电压，记为Vo，用下式计算ro。（6）测量稳压电源的电压调整率Sv。在交流电网与电源变
压器之间接入自耦变压器，调节自耦变压器，使交流输入电压变化±10％，用数字电压表分别测出Vi和Vo的相应变化值，并用下式计算Sv。
14／549第6章 课程设计6.2.4 实验报告（1）回答预习要求中所提出的问题。（2）报告测量结果。（3）简要叙述实验中所发
生的故障及排除方法。6.2.5 预习要求（1）复习集成稳压电路的有关内容。（2）测量稳压电源的输出电阻和电压调整率时，对测量仪器
有哪些要求？为什么？通常用哪些仪器来测量？（3）如果稳压块输出有振荡，应如何消振？（4）如何判断硅桥式整流器的引出脚？ (5)
应如何使用示波器来观察及测量稳压电源的输出纹波？15／549第6章 课程设计6.3 智力竞赛抢答器6.3.1 工作原理1．电
路功能及组成（1）要求电路能准确判别最先按下抢答开关的竞赛组。并立即有声响及光电指示。（2）当任何一个组抢先按了开关发出声光指示后
，其余组再按开关，均不起作用。2．工作原理根据以上要求，电路应由三部分组成，第一部分为时间判别电路，第二部分为光电指示（可选用发光
二极管指示或数码管显示），第三部分为讯响器。（1）图6.2是利用5个TTL与非门组成的抢答器，它可供4个（或4个以下）竞赛组使用。
平时门1~门4的输入端1分别通过4只单刀双掷开关S1～S4接地，所以每个门的4个输入端都有一个是低电平。这样，4个门的输出端A、B
、C、D都是高电平，约为3.6V。因为电源电压是5 V，所以接在每个门输出端的发光二极管LED两端的电压约为5-3.6＝1.4V，
而所用发光二极管的工作电压为3V，所以它们不亮。16／549第6章 课程设计门5的4个输入端1~4是和门1～门4的输出端相连的，
因为门1~门4都是高电平，所以门5的输出端为低电平。VT1和VT2组成一个电子讯响器，因为VT2的基极电阻Rb是接在门5输出端E上
的，所以VT2的基极没有电流流入，讯响器不工作。这时的状态就相当于4个竞赛组都没有按动开关的等待状态。从图6.2中可以看出门1～门
4中任何一个门的另外3个输入端2～4都和其他3个门的输出端相连。这就是说，4个门中只要有一个门输出低电平，其余3个门的输出就不可能
再是低电平。因此，当有一个竞赛组先按了开关，比如S1接到+5V端上，这时，门1的输出变为低电平，使门2～门4的输出保持在高电平，不
再受开关S1～S4的控制。与此同时，LED1两端电压因超过3V而发光。另外因为门5的输出端变为高电平，使讯响器发声，这样主考人在听
到响声之后，只要看哪个组的发光二极管亮了，就可知道是哪个竞赛组先按的开关。17／549第6章 课程设计图6.2 抢答器的电原理
图18／549第6章 课程设计（2）图6.3是用D触发器及相应的门电路构成的四人抢答器。SBl～SB2为抢答者按键，当无人抢答时
，SBl、SB2均未被按下，D1、D2均为低电平（约为0V），这时触发器的CP端虽有连续脉冲（可用实验箱的脉冲源）输入，但Q1、Q
2均为低电平，LED发光二极管不亮。同时，由于74LS20各输入端都是高电平（约为3V），其输出为低电平，讯响器不发声。当有人抢答
时（如SBl被按下），则D1变为高电平，在CP连续脉冲作用下，使Q1立即变为高电平，第一号发光二极管点亮，指示出第一路优先抢答，同
时 变为低电平，使74LS20输出高电平，这个电平使讯响器发声，经74LS00门反相后，封住连续脉冲，
使下一个抢答者的按钮失去作用。主考者可通过按SB5按键，使电路恢复正常，并为下一次抢答作好准备。 19／549第6章 课程设计图
6.3 四人抢答器20／549第6章 课程设计6.3.2 实验仪器和器材电子技术实验箱（EB-M） 一台74LS20 二、四
输入与非门 一片74LS00 四、二输入与非门 一片LS175 四D触发器 一片3DG6 （? >50） 一只3AX31 （? >
30） 一只电阻、电容 若干21／549第6章 课程设计6.3.3 实验步骤（1）任选图6.2或图6.3所示电路，按图在实验箱
上连接线路。（2）调试电路的各部分，使其得到满意的效果。（3）调试方法以调试图6.2所示电路为例。① 先调与非门部分。当开关S1～
S4处在接地位置时，4只发光二极管都不应亮，否则，相应的与非门有问题。只要门1～门4都没有问题，用万用表测一下门5，输出端应为低电
平，否则门5有问题，应调试。② 接通任何一个开关到+5V，相应的LED应亮，E点应为高电平。此时用一只100kΩ电位器调节，使讯响
器声音最大又好听，然后换上同阻值的固定电阻即可。③ 在S1，接通+5V后，LED亮，讯响器响，然后分别接通S2、S3、S4、LED
2、LED3、LED4都不应再亮，否则门2～门4中有问题。依次再检查门1～门4的工作情况，并注意门5的工作情况。如果先按某开关时，
讯响器不响，除了相应的门可能有问题外，门5相应的输出端也可能有问题。发光二极管的电路一般无须调整，量一下二极管点亮时的电流约为10
mA即可。图6.4 发光二极管显示电路如果本机所用元件经过事先检查保证是完好的，组装完成后几乎无须调试就能正常工作。 22／54
9第6章 课程设计23／549第6章 课程设计6.3.4 实验报告要求（1）整理实验过程，总结调试中遇到的问题及解决方法。（
2）通过本次实验你有何收获和体会，并提出改进意见。（3）试将图6.3所示电路中LED显示部分改为数码管显示，画出电路图。6.3.5
思考题（1）发光二极管若利用电子技术实验箱上的发光二极管显示，电路应如何改接？还需增加什么元件？试画出改接电路图。电子技术实验
箱上的发光二极管显示电路如图6.4所示。（2）试设计一个用数码管显示的抢答器电路，即任何一组抢先按下开关，就显示该组的组别，如第三
组先按开关，就显示出3，主考人以此可以判断出是哪一组先按下开关。数码管显示部分可利用电子技术实验箱上的显示电路。24／549第6章
课程设计6.4 数字电子钟的组装与调试6.4.1 工作原理数字钟一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。
这些都是数字电路中应用最广的基本电路，原理框图如图6.5所示。石英晶体振荡器产生的时标信号送到分频器，分频电路将时标信号分成每秒一
次的方波秒信号。秒信号送入计数器进行计数，并把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的显示由两级计数器和译码器组
成的六十进制计数电路实现；“分”的显示电路与“秒”相同，“时”的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制计数电路来实现。所有计时结
果由六位数码管显示。现分别介绍如下：25／549第6章 课程设计图6.5 数字钟的原理框图26／549第6章 课程设计1．石
英晶体振荡器图6.6 晶体振荡器振荡器是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲。振荡器振荡频率的精度与稳定
度基本上决定了钟的准确度。振荡电路是由石英晶体，微调电容与集成反相器等元件构成，原理图如图6.6所示。图中1门、2门是反相器，1门
用于振荡，2门用于缓冲整形，Rf为反馈电阻，反馈电阻的作用是为反相器提供偏置，使其工作在放大状态。反馈电阻Rf的值选取太大，会使放
大器偏置不稳甚至不能正常工作；Rf值太小又会使反馈网络负担加重。图中C1是频率微调电容，一般取5/35pF。C2是温度特性校正电容
，一般取20pF~40pF。电容C1、C2与晶体共同构成?型网络，以控制振荡频率，并使输入输出相移180°。石英晶体振荡器的振荡频
率稳定，输出波形近似于正弦波，可用反相器整形而得到矩形脉冲输出。27／549第6章 课程设计28／549第6章 课程设计2．分
频器时间标准信号的频率很高，要得到秒脉冲，需要分频电路。目前多数石英电子表的振荡频率为215=32 768Hz，用15位二进制计数
器进行分频后可得到1Hz的秒脉冲信号，也可采用单片CMOS集成电路实现。3．计数器（1）六十进制计数“秒”计数器的电路形式很多，但
都是由一级十进制计数器和一级六进制计数器组成。图6.7所示是用两块中规模集成电路74LS160按反馈置零法串接而成。“秒”计数器的
十位和个位，输出脉冲除用做自身清零外，同时还作为“分”计数器的输入信号。本实验图6.10则是由74LS163与74LS90及门构成
“秒”计数器电路。“分”计数器电路与“秒”计数器相同。29／549第6章 课程设计图6.7 六十进位计数器30／549第6章
课程设计2）二十四进制计数图6.8所示为二十四进制小时计数器，是用两片74LS160组成的。也可用两块中规模集成电路74LS16
0和与非门构成。上述计数器原理读者自行分析。4．译码和显示电路译码就是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态，用于驱动LED七段数码
管，只要在它的输入端输入8421码，七段数码管就能显示十进制数字。5．校准电路校准电路实质上是一个由基本R-S触发器组成的单脉冲发
生器，如图6.9所示。从图中可知，未按按钮SB时，与非门G2的一个输入端接地，基本R-S触发器处于1状态，即Q＝1，＝0。再看图6
.5，这时数字钟正常工作，分脉冲能进入分计数器，时脉冲也能进入时计数器。按下按钮SB时，与非门G的一个输入端接地，于是基本R-S触
发器翻转为0状态Q＝0，＝1。再看图6.5，若所按的是校分的按钮SBl，则秒脉冲可以直接进入分计数器而分脉冲被阻止进入，因而便能较
快地校准分计数器的计数值。若所按的是校时的按钮SB2，则秒脉冲可以直接进入时计数器而时脉冲被封锁，于是就能较快地对时计数值进行校准
。校准后，将校正按钮释放，使其恢复原位，数字钟继续进行正常的计时工作。本实验电路图6.10未加校准电路。读者可在图6.11电路中加
入校准电路。31／549第6章 课程设计 图6.8 二十四进位计数器
图6.9 单脉冲发生器32／549第6章 课程设计 图6.10 数字钟逻辑电路
33／549第6章 课程设计6.4.2 实验仪器和器材面包板 四～六片74LS163 二进制计数器 两片74LS160 十进
制计数器 一片74LS90 BCD、二-五进制计数器 两片74LS 00 四、2输入与非门 一片74LS04 六反相器 一片74L
S112 双J-K触发器 一片74LS48 BCD七段译码驱动器 六片七段共阴极数码管 六片34／549第6章 课程设计6.4
.3 实验步骤根据本实验所给元件，按图6.11所示电路在实验箱上组装调试。依次观察各数码管显示的数据是否正确。6.4.4 实验
报告要求（1）画出数字钟的全部逻辑图，简述各部分工作原理。（2）总结调试中遇到的问题及解决方法。（3）谈谈你的收获、体会及改进意见
。数字电子钟的实现方案有多种，图6.11是另外一种实现方案。该电路也含有振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分电路，但是该
电路所使用的集成组件与图6.10电路的组件不同。此外该电路还具有校正功能和整点报时功能。读者可自己分析图6.11中各部分电路的原理
，现仅把图6.11的整点报时电路的原理分析如下。35／549第6章 课程设计在图6.11中，当分计到59min时，将分触发器置1
，而等到秒计数到54s时，将秒触发器置1，然后通过与相“与”后，再和1s标准秒信号相“与”，输出控制低音喇叭鸣叫，直到59s时，产
生一个复位信号，使清0，低音鸣叫停止；同时59s信号的反相又和相“与”，输出控制高音喇叭鸣叫。当分、秒计数从59:59变为00:0
0时，鸣叫结束，完成整点报时。电路中的高、低音信号分别由CD4060分频器的输出端Q5和Q6产生。Q5输出频率为1024Hz，Q6
为512Hz。高、低两种频率通过或门输出驱动三极管VT，带动喇叭鸣叫。6.4.5 预习要求（1）复习中规模计数器、译码器的逻辑功
能。（2）试用本实验所提供的集成芯片画出二十四进制和六十进制计数器的接线图（管脚图见附录）。（3）画出数字电子钟的全部逻辑电路图。
要求：① 具有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示式电子钟。② 具有整点报时功能，在离整数点10s时，便自动发出鸣叫声，声长1s
，每隔1s鸣叫1次，前4响是低音，后1响为高音，共鸣叫5次，最后1响结束时为整点（低音频为500Hz，高音频为1 000Hz）。③
具有稳定可靠的校时功能（时、分）。36／549第6章 课程设计6.5 数据采集系统6.5.1 工作原理数据采集系统框图如图
6.12所示。该系统由A/D转换、三态缓冲器、存储器、地址码发生器、控制逻辑、电子开关、D/A转换等七部分组成。其中A/D转换由A
DC0809完成，三态缓冲器由两块74LS126构成，存储器由两块1k×4RAM构成，地址码发生器由3块74LS193（T215）
构成，控制逻辑由4个与非门构成，电子开关由一块T072构成。37／549第6章 课程设计 原理图如图6.13所示。G1和G
2构成一个基本RS触发器，加电源后，系统处于采集存储状态。G1输出高电平，使DAC等待工作，且使地址码发生器的输入与ADC的EOC
接通，同时使缓冲器开始工作；G2输出低电平，使存储器允许写入数据，且关断了读出时钟脉冲；G3的输出瞬时出现高电平后，变为低电平，使
地址码发生器指向000H存储单元，并等待工作；G4输出高电平。由于ADC0809接成自动转换型（参考有关资料），因此，每当转换结束
后，EOC输出一个正向脉冲，使ADC开始下次转换。转换开始后，EOC输出一个负向脉冲，使地址发生器产生一个新的地址码，等待数据写入
。当该工作过程重复进行到400H时，G4输出变为低电平，一方面使地址码发生器指向000H地址单元，另一方面使基本RS触发器翻转一次
，其作用是使三态缓冲器停止工作，DAC开始工作、存储器允许读操作，且使地址码发生器与读出时钟连通，系统处于读出状态。在此种状态下，
系统重复输出原采样所得的结果。38／549第6章 课程设计 39／549第6章 课程设计40／549第6章 课程设计图6.1
3 电原理图41／549第6章 课程设计6.5.2 实验仪器和器材D/A转换器（DAC 0832） 一片A/D
转换器（ADC0809） 一片74LSl26（三态缓冲器） 两片 21141kX、4RAM段
两片T072（与或非门） 一片T215（十六进制计数器） 三
片T065（二输入四与非门） 一片运算放大器 一只电阻（470?）
一个电容（0.15?F） 一个6.5.3 实验步骤弄懂电路工作原理，
实验步骤自拟。42／549第6章 课程设计6.6 交通灯控制电路设计6.6.1 工作原理为确保十字路口的交通安全，往往都采用
交通灯自动控制系统来控制交通信号。其中红灯（R）亮，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示暂停；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的系
统框图如图6.14所示。43／549第6章 课程设计图6.14 交通灯控制器系统框图44／549第6章 课程设计设计一个十字
路口交通信号灯控制器，其要求如下：（1）满足如图6.15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。（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：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，而进入下一步某方向的工作循环。45／549第6章 课程设计图6.15 时序工作流程图46／54
9第6章 课程设计（4）可以手动调整和自动控制。（5）在完成上述任务后，可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。① 设某一方向
（如南北）为十字路口主干道，另一方向（如东西）为次干道；主干道由于车辆、行人多，而次干道的车辆、行人少，所以主干道绿灯亮的时间，可
选定为次干道绿灯亮的时间2倍或3倍。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；当遇到黄灯亮时，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）。6.6.2 实验仪器和器材直流稳压电源；交通信
号灯；集成电路：74LS74，74LS164，74LS168，74LS248及门电路；显示：数码管，发光二极管；电阻；开关。47／
549第6章 课程设计6.6.3 设计方案提示根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图如图6.14所示，设计方案
可以从以下几部分进行考虑。1．秒脉冲和分频器若十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:1:6。若选4s为—个时间单位，则
计数器每4s输出一个脉冲。2．交通灯控制器由上可知，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。这里选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形十二进制计数器。由此可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= 黄：EWY=
红：EWR=
南北方向 绿：NSG= 黄：NSY=
红：NSR=Q5由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标1s和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。48／549第6章
课程设计3．显示控制部分显示控制部分，实际是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作，每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到
计数器为0。译码显示可用74LS248 BCD码七段译码器，显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器采用可预置加、减法
计数器，如74LS168、74LS193等。4．手动/自动控制这种控制可用一选择开关进行。置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使交通
灯处在某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。6.6.4 参考电路根据设计任务和要求，交通信号灯控制器
参考电路，如图6.16所示。49／549第6章 课程设计6.6.5 参考电路简要说明1．单次手动及脉冲电路单次脉冲是由两个与非
门组成的RS触发器产生的，当按下S时，有一个脉冲输出使74LS164移位计数，实现手动控制。S2在自动位置时，由秒脉冲电路经分频器
（4分频）输入给74LS164，这样，74LS164为每4s向前移一位（计数1次）。秒脉冲电路可用晶振或RC振荡电路构成。2．控制
器部分控制器部分由74LS164组成扭环形计数器，然后经译码后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。3．数字显示部分当南北方
向绿灯亮，而东西方向红灯亮时，使南北方向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字24开始往下减，当减到0时，南北方向绿灯灭，红
灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。由于东西方向红灯灭信号，使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮，使另一方向东西方向减法计
数器开始工作。在减法计数开始之前，由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据，图中接入U/和LD的信号就是由黄灯亮（为高电平）时，置入数据
。黄灯灭，而红灯亮开始减计数。交通灯控制器的实现方法很多，这里就不一一举例了。50／549第6章 课程设计交通灯控制器的实现方法
很多，这里就不一一举例了。51／549第6章 课程设计6．7 单片机与D/A转换器接口设计（波形发生器）我们在前面已经介绍了8位
D/A转换器DAC0832的工作原理；DAC0832是8位的D/A集成转换芯片，它可以与8位的单片机8051完全兼容。6．7．1
工作原理 DAC0832与8051单片机有两种基本的接口方式：单缓冲器和双缓冲器同步方式。1．单缓冲方式接口 若应用系统中只有
一路D/A转换，则采用单缓冲器方式接口，如图6.17所示.让ILE接＋5V，寄存器选择信号 及数据传送信号 都
与地址选择线相连（图中为P2.7）两级寄存器的写信号都由8031的 端控制。当地址线选通DAC8032后，只要输出
控制信号，DAC0832就能一步地完成数字量的输入锁存和D/A转换输出。52／549第6章 课程设计由于DAC8032具有数
字量的锁存功能，故数字量可以直接从8031的P0口送入。执行下面几条指令就能完成一次D/A转换：MOV DPTR，#7FFFH
；指向DAC0832MOV A，#DATA ；数字量先装入累加器MOVX @DPTR，A ；数字量从P0口送到P2.7所指
向的地址， 有效时；完成一次D/A输入与转换53／549第6章 课程设计 图6.17 单缓冲方
式的接口电路54／549第6章 课程设计2．双缓冲器同步方式接口 对于多路D/A转换接口，要求同步进行D/A转换输出时，必须采用
双缓冲器同步方式接法。DAC0832采用这种接法时，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步完成的，即CPU的数据总线分时地向各路
D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中，然后CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各个D/A转换器输入寄存器
中的数据打入DAC寄存器，实现同步转换输入。 图6.18是一个两路同步输出的D/A转换接口电路,这时DAC0832工作在双缓冲工作
方式。8031的P2.5和P2.6分别选择两路D/A转换器的输入寄存器，控制输入锁存；P2.7连到两路D/A转换器的
端控制同步转换输出； 端与所有的 、 端相连，在执行MOVX输出指令时，8031自动输出 控制信号。
55／549第6章 课程设计执行下面8条指令就能完成两路D/A的同步转换输出。MOV DPTR，#0DFFFH ；指向DAC
0832(1)MOV A， #data1 ；#data1送入DAC0832(1)中锁存MOVX @D
PTR，A MOV DPTR，#0BFFFH ；指向DAC0832(2)MOV A， #data2
；#data1送入DAC0832(2)中锁存MOVX @DPTR，A MOV DPTR，#7FFFH
；给0832(1)、0832(1)提供MOVX @DPTR，A ； 信号，同步完成转换输出56／549第6章 课程设计 图6.18 双缓冲方式的接口电路57／549第6章 课程设计3．应用举例数模转换器可以应用在许多场合，这里介绍用8051和D/A转换器结合来产生阶梯波。阶梯波是在一定的时间范围内每隔一段时间，输出幅度递增一个恒定值。如图6.19所示.每隔1ms输出幅度增长一个定值，经10ms后从新循环。用DAC0832在单缓冲方式下就可以输出这样的波形。所需的1ms延迟可以通过延迟程序获得，也可以通过单片机内的定时器来定时。通过延迟程序产生的阶梯波的程序如下：58／549第6章 课程设计START： MOV A, #00H MOV DPTR, #7FFFH ；D/A转换器地址送DPTR MOV R1, #0AH ；台阶数为10LOOP： MOVX @DPTR, A ；送数据至D/A转换器 CALL DELAY ；1ms延迟 DJNZ R1, NEXT ；不到10个台阶转移 SJMP START ；产生下一个周期NEXT： ADD A, #10 ；台阶增幅 SJMP LOOP ；产生下一个台阶DELAY： MOV 20H, #249 ；开始1ms延迟程序AGAIN： NOP NOP DJNZ 20H, AGAIN RET59／549第6章 课程设计图6.19 阶梯波形图60／549第6章 课程设计6.7.2实验步骤 分析电路工作原理，按单缓冲方式接线，按实例输入程序，用示波器观察输出波形，详细步骤自拟。6.7.3实验仪器和器材 89C51开发机 一台 DAC0832 二块 μA741运算放大器 二只 |
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