交通指示燈電路設(shè)計(jì)-數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書

1、成績w x 5anyang institute of technology課程設(shè)計(jì)說明書題 目：交通指示燈電路設(shè)計(jì)課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)學(xué) 院：學(xué)生姓名：學(xué) 號：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：2016年5月26日課 程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目交通指示燈電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名所在學(xué)院專業(yè)、年級、班設(shè)計(jì)要求：1. 設(shè)計(jì)制作 個(gè)十字路口的交通指示燈控制電路；2. 紅燈亮?xí)r表示停止，綠燈亮?xí)r表示通行，兩條路線上通行和停止時(shí)間為30秒；3. 通行和停止時(shí)間用數(shù)碼管顯示，采用倒計(jì)時(shí)方式。學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)：通過電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生較系統(tǒng)地、全面地掌握電子電路系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法、設(shè) 計(jì)步驟，熟悉和掌握電路參數(shù)的計(jì)算方法，掌握電

2、路元器件的選擇與應(yīng)用方法，學(xué)習(xí)電子電路 原理圖設(shè)訃、pcb板設(shè)計(jì)和電子電路系統(tǒng)的制作、安裝、調(diào)試、測試、故障查找與排除的方法 和技巧，并在此基礎(chǔ)上，逐步調(diào)試改進(jìn)、完善電路的性能,完成課程設(shè)計(jì)工作，同時(shí)提交課程設(shè) 計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)：1谷樹忠,劉文洲，姜航.altium designer教程m.北京：電子工業(yè)出版社,2010.12j邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.3 鄭君里，楊為理.信號與系統(tǒng)（第三版）m.北京：高等教育出版社，2011.4 秦長海，張?zhí)禊i，崔亞芳.數(shù)字電子技術(shù)m.北京大學(xué)出版社，2012. 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京：高等教育出版社，200

3、5.工作計(jì)劃：5月16 05月17日multisim軟件培訓(xùn)以及電路設(shè)計(jì)與仿真5月18 05月20日用altium designer設(shè)計(jì)原理圖以及pcb板的設(shè)計(jì)5月23日5月25日pcb板的制作，電路的安裝和調(diào)試工作5月26 口指導(dǎo)老師驗(yàn)收設(shè)計(jì)結(jié)果及設(shè)計(jì)報(bào)告的提交任務(wù)下達(dá)日期：2016年5月16日任務(wù)完成日期：2016年5月26日指導(dǎo)教師（簽名）：學(xué)生（簽名）：交通指示燈電路設(shè)計(jì)摘 要：本次課程設(shè)計(jì)的目的為設(shè)計(jì)制作一個(gè)十字路口交通指示燈簡易 控制電路，該電路實(shí)現(xiàn)了紅燈亮?xí)r表示停止，綠燈亮?xí)r表示通行，兩條 路線上通行和停止時(shí)間為30秒，通行和停止時(shí)間用數(shù)碼管顯示，采用 倒計(jì)時(shí)方式。該電路主要有時(shí)

4、鐘脈沖電路、計(jì)時(shí)電路、譯碼電路、觸發(fā) 電路等組成。時(shí)鐘電路由555定時(shí)器以及一些電阻和電容組成，計(jì)時(shí)電 路由74ls192組成，譯碼電路由兩片74ls147共陽驅(qū)動(dòng)器組成，觸發(fā) 器由一片74ls74觸發(fā)器構(gòu)成。利用altium designer軟件對電路進(jìn)行 了原理圖和pcb的設(shè)計(jì)，并對電路進(jìn)行了安裝和調(diào)試，調(diào)試結(jié)果可以 正常工作。關(guān)鍵詞：555定時(shí)器；計(jì)時(shí)器；譯碼器；數(shù)碼管；觸發(fā)器1.設(shè)計(jì)背景 11.1社會背景11.2課題背景12設(shè)計(jì)方案12.1任務(wù)分初亍 12.2方案論證23方案實(shí)施23.1原理圖設(shè)計(jì)23.2電路的仿真73.3 pcb的制作83.4安裝與調(diào)試84. 結(jié)果與結(jié)論85. 收獲與

5、致謝96. 參考文獻(xiàn) 107. 附件101. 設(shè)計(jì)背景1.1社會背景隨著經(jīng)濟(jì)的增長和人口的增加，人們生活方式不斷變化，人們對交通的需求 不斷增加。城市屮交通擁擠、堵塞現(xiàn)象口趨嚴(yán)重，由此造成巨大的經(jīng)濟(jì)與時(shí)間損失。 隨著城市化進(jìn)程的大大加快，誘發(fā)的交通需求急劇增長，供需矛盾不斷激化，嚴(yán)重 的交通問題也隨之而來。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，己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(jì)算機(jī)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。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊，這一切 要?dú)w功于城市交通控

6、制系統(tǒng)中的交通燈控制系統(tǒng)。交通燈控制系統(tǒng)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，使城市交通得以有效管理。1.2課題背景隨著大學(xué)課程的不斷學(xué)習(xí)，我們逐漸對數(shù)字電路有了一個(gè)初步的了解。數(shù)字 電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時(shí)鐘電路和電源等。輸入電路 主要作用是將被控信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其形式包括各種輸入接口電路。比如數(shù)字 頻率計(jì)中，通過輸入電路對微弱信號進(jìn)行放大、整形，得到數(shù)字電路可以處理的數(shù) 字信號。模擬信號則需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)輸 入電路時(shí)，必須首先了解輸入信號的性質(zhì)，接口的條件，以設(shè)計(jì)合適的輸入接口電 路。2. 設(shè)計(jì)方案21

7、任務(wù)分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次是利用74ls74, 74ls47, 74ls192, 555定時(shí)器等元件設(shè) 計(jì)一個(gè)交通燈屯路。分析可知，± 555計(jì)時(shí)器產(chǎn)生矩形脈沖，由74ls192和74ls74 產(chǎn)生計(jì)時(shí)電路，并由數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)數(shù)字，由74ls47產(chǎn)生譯碼電路，對紅路燈 的交替控制控制由74ls74來實(shí)現(xiàn)。2.2方案論證首先，脈沖的產(chǎn)生是由555定時(shí)器、2個(gè)電阻和2個(gè)電容一起構(gòu)成的周期為一 秒的時(shí)鐘周期發(fā)生器。其次，計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)是采用74ls192實(shí)現(xiàn)的。脈沖信號接入74ls192的倒計(jì)時(shí)控 制端，讓其實(shí)現(xiàn)倒計(jì)吋功能。倒計(jì)時(shí)控制電路需要用到兩片74ls192,接入脈沖信 號的74ls1

8、92的預(yù)置數(shù)為0000,由該芯片的借位輸出端控制第二片74ls192的倒 計(jì)時(shí)控制端，用于實(shí)現(xiàn)當(dāng)個(gè)位由九變?yōu)榱銜r(shí)，十位數(shù)值減少一，從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)30 秒的功能。兩個(gè)芯片的預(yù)置數(shù)控制端和預(yù)置數(shù)為0011的芯片的借位輸出端連在一 起，用于實(shí)現(xiàn)每倒計(jì)時(shí)30秒后，兩個(gè)芯片返回為預(yù)置數(shù)，即重新從30秒開始倒計(jì) 時(shí)。然后，譯碼顯示部分是由兩片74ls47實(shí)現(xiàn)譯碼功能，再由兩個(gè)七段共陽極數(shù) 碼管實(shí)現(xiàn)顯示輸出功能，從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)數(shù)的產(chǎn)生。最后，紅綠燈交替顯示是由預(yù)置數(shù)為0011的74ls192的借位輸出端作為此芯 片的輸入控制端，經(jīng)過74ls74的調(diào)節(jié)后，每倒計(jì)時(shí)30秒后其輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次， 接在兩個(gè)輸出端紅

9、綠燈翻轉(zhuǎn)一次，而實(shí)現(xiàn)紅路燈的交替顯示。3. 方案實(shí)施3.1原理圖設(shè)計(jì)3.1.1時(shí)鐘脈沖的設(shè)計(jì)555定時(shí)器的作用就是構(gòu)成多諧振蕩電路。555電路的結(jié)構(gòu)組成如圖1。555定時(shí)器電路組成及其引腳它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本rs觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)t,比較器的參 考電壓由三只5kq的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器c1同相比較端和 低電平比較器c2的反相輸入端的參考電平為和。c1和c2的輸出端控制rs觸發(fā) 器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號輸入并超過亠卩“時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，5553 cc的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于 丄vcc時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳

10、輸出高電平，同時(shí)放電，開關(guān)管截止。3示d是復(fù)位端,當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低屯平。平時(shí)該端開路或接ucc。2vco是控制電壓端(5腳)，平時(shí)輸出一作為比較器al的參考電平，當(dāng)35腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對輸出的另一種控 制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.0luf的電容器到地，起濾波作用，以消除外 來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。t為放電管，當(dāng)t導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.在這個(gè)電路中，用rl=48k, r2=48k, cl = 10nf, c2=10uf,這樣就構(gòu)成了多諧振蕩 器。根據(jù)振蕩周期t=(rl+2r2)ln2可知,t二0.998s,大約

11、為is。圖2為時(shí)鐘脈沖電 路。vccgnd圖2時(shí)鐘脈沖電路圖3.2計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)電路由74ls192n計(jì)數(shù)器和74ls47n譯碼器組成，用以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常工 作，其中可逆計(jì)數(shù)器用減法的，并且在時(shí)鐘電路的控制下讓數(shù)碼管工作，進(jìn)行倒 計(jì)時(shí)。將振蕩電路所產(chǎn)生的周期性脈沖信號接入計(jì)數(shù)器的14引腳從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器 的減法功能，再將計(jì)數(shù)器與譯碼器連接起來最終構(gòu)成部分，再將信號接入數(shù)碼 管，使數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)。其工作電路如圖3所示。gnd u2vcclmr> cntupa cntdwnpl4mrsplpop1p2p3vccvcc_tcup疋dwnvcc16 tq 1 2 3 qqqq8upzqoqi

12、qq圖3計(jì)時(shí)電路電路圖其中74ls192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和計(jì) 數(shù)功能，其引腳排列及邏輯符號圖如圖4、圖5所示。vcc tc qo qi 02 q3 cet pe1514h r|1110nld2345678*rcppopl p2p3cepgnd圖474ls192引腳排列圖圖5 74lsi92邏輯符號圖3.1.3觸發(fā)電路以及交通燈顯示的設(shè)計(jì)觸發(fā)電路主要是由74ls74連接計(jì)時(shí)電路輸出，同時(shí)pr和clr接電源電壓來 實(shí)現(xiàn)的，交通燈的顯示是一組紅路燈連接q,組紅路燈連接q來顯示的。其工作 原理圖如圖6所示。圖6觸發(fā)電路電路圖3.1.4譯碼屯路的設(shè)計(jì)用74ls47是4

13、線一七段譯碼器，其輸出端為低電平有效，可以直接驅(qū)動(dòng)共陽 極的數(shù)碼管，在此電路中，譯碼器的3、4、5引腳接高電平，保證其輸入輸出有效。 輸入端接計(jì)時(shí)電路的輸出端，輸出端接共陽極的輸入端，保證電路的正常進(jìn)行。 圖7為其工作原理。vccu3vccdpyb!ue-cagnd3.2電路的仿真multisim是電路仿真必備的一個(gè)軟件，對我們在數(shù)電的學(xué)習(xí)中有很大的幫助。 在各單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，用multisim軟件把各單元電路連接起來，畫出符合軟 件要求的系統(tǒng)整體邏輯電路圖。系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)完成后，對系統(tǒng)整體進(jìn)行仿真， 然后通過紅綠燈的明亮以及數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)來觀察設(shè)計(jì)電路是否正確。通過仿真我們 設(shè)計(jì)的電路

14、是正確的。其電路仿真圖為圖8。u1冒5v 平74ls192n74ls192rr4ls47nvcc 74ls47nu7圖8父通燈仿真電路圖3.3 pcb的制作在altium designer的原理圖制作完成后，需要對各元件的封裝進(jìn)行調(diào)試，封裝 時(shí)根據(jù)所給元件的類型選擇合適的封裝。封裝完成后，要把原理圖導(dǎo)入pcb板。 導(dǎo)入pcb板后，再對元件的位置重新手動(dòng)擺放，使盡量少的線重疊，以減少布線 時(shí)的跳線出現(xiàn)。同時(shí)在pcb板的制作時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：1. 單位采用公制單位（mm）。2. 電源線和地線要求采用0.8mm或是0.6mm,如果從兩個(gè)焊盤中間穿過時(shí)用0.4mm 或 0.3mm。3. 信號線采用0.

15、5mm。如果從兩個(gè)焊盤中間穿過時(shí)用0.4mm或0.3mm。4. 焊盤的內(nèi)徑用0.9mm或0.85mm。外徑根據(jù)需要進(jìn)行修改,一般為x方向1.6 mm, y方向2.0mm,或是x方向2.0 mm, y方向1.6mm。3.4安裝與調(diào)試根據(jù)pcb原理圖，對其進(jìn)行模板的制作，然后利用提供的元器件，進(jìn)行安裝, 要注意在安裝時(shí)，電容和led燈需要分正負(fù)極性，同時(shí)要根據(jù)pcb圖來安裝芯片, 在焊接時(shí)，由于電路板在布線時(shí)十分密集，需要小心使電路造成短路，同吋還要注 意自身安全。得到焊接完成的電路板，需要對其進(jìn)行調(diào)試。4. 結(jié)果與結(jié)論在木次課程設(shè)計(jì)中，根據(jù)紅燈停，綠燈行，紅綠燈各亮30秒，并且時(shí)間為倒 計(jì)時(shí)的要

16、求，我們在開始原理圖的制作和multisim仿真都進(jìn)行的很順利，后再pcb 生成后，需要對pcb板進(jìn)行布線，進(jìn)過我們小組一天的努力也順利完成了，美中 不足的是條線有點(diǎn)多，對后續(xù)的焊接帶來了困難。在焊接時(shí)，根據(jù)老師的要求和我 們小組的努力我們也完成了。在后續(xù)的調(diào)試中我們也付岀了很大努力，同時(shí)老師也 進(jìn)行了指導(dǎo)，我們進(jìn)行了多次的改動(dòng)，遺憾的是問題沒有解決，我們沒有得到理想 的結(jié)果。5. 收獲與致謝兩個(gè)星期的數(shù)字電路實(shí)習(xí)，讓我受益匪淺。讓我更好的熟悉和使用altium designer軟件和multisim軟件，自我感覺altium designer軟件這兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)比 我在平時(shí)上課一個(gè)學(xué)期學(xué)的還

17、要多。同時(shí)我還明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，正是我們 小組的努力讓我有一種前所未有的自豪感。這是我第一次做數(shù)電課程設(shè)計(jì)，遇到了 許多問題，同時(shí)我也深刻的認(rèn)識到在課程設(shè)計(jì)的過程中自己有很多不足之處，對以 前所學(xué)過的知識認(rèn)識得不夠深刻，掌握得不夠牢固，理解的不夠透徹。同時(shí)我們付 出了兩周的努力，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果不那么盡人意，使我明白了：成功會受多方面因素 的影響，所以我們無論在平時(shí)生活中還是在學(xué)習(xí)中都要細(xì)致、小心、謹(jǐn)慎，付出了 不一定會成功，但是不付出一定不會成功。還有不論遇到什么困難，不要對自己失 去信心。在以后我要更加努力學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己獨(dú)立思考的能力，彌補(bǔ)自身的不足， 提高自己的綜合素質(zhì)。在本次課程設(shè)計(jì)

18、過程中我要感謝老師的耐心指導(dǎo)以及在設(shè)計(jì)中給出的寶貴建 議和意見，教會我對altium designer和multisim的使用，以及搭檔在設(shè)計(jì)原理圖中 所做的幫助，對這次的課程設(shè)計(jì)有很大的幫助，再次表示深深的感謝！6. 參考文獻(xiàn)1谷樹忠,劉文洲,姜航.altium designer教程m.北京：電子工業(yè)出版社,2010. 邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006. 鄭君里，楊為理信號與系統(tǒng)（第三版）m.北京：高等教育出版社，2011.4 秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)m北京大學(xué)出版社，2012.5 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京：高等教育出版社，2005.7.附件vcc_ vc