電子技術(shù)課程設(shè)計-- 交通指示燈電路

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1、成績 課程設(shè)計說明書（論文） 題目： 交通指示燈電路 課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) 學(xué) 院： 電子信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 2014年 6月 6日 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書 設(shè)計題目 交通燈指示電路 學(xué)生姓名 所在學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院 專業(yè)、年級、班 電子信息工程2012級1班 設(shè)計要求： 1、設(shè)計制作一個十字路口交通指示燈簡易控制電路； 2、紅燈亮表示停止，綠燈亮表示通行，通行和停止時間各為30秒； 3、通行和停止時間用數(shù)碼管顯示，采用倒計時方式。 主要元件：555

2、定時器、74LS192、74LS47、共陽極數(shù)碼管、74LS74 學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)： 完成交通指示燈電路設(shè)計，利用Multisim軟件進(jìn)行電路功能仿真，利用Altium Designer軟件繪制電路原理圖，設(shè)計制作電路的PCB板，對電路進(jìn)行安裝、調(diào)試，并提交課程設(shè)計報告。 參考文獻(xiàn)： [1] 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005. [2] 臧春華.電子線路設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社，2005. [3] 邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [4] 秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：北

3、京大學(xué)出版社，2012. [5] 谷樹忠.Altium Designer教程-原理圖、PCB設(shè)計與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010. 工作計劃： 5月26日—5月27日，利用Multisim軟件完成電路功能仿真；5月28日—5月30日利用Altium Designer軟件完成電路原理圖設(shè)計和PCB板設(shè)計；6月3日—6月5日完成PCB板制作、電路安裝與調(diào)試工作；6月6日，提交課程設(shè)計報告。 任務(wù)下達(dá)日期： 2014年 5 月 26 日 任務(wù)下達(dá)日期： 2014年 6 月 6 日 指導(dǎo)教師

4、（簽名）： 學(xué)生（簽名）： （交通指示燈電路） 摘 要：設(shè)計了一個交通指示燈電路，該電路可以實(shí)現(xiàn)控制十字路口交通通行功能。該電路主要由555定時器、74LS192、74LS47、共陽極數(shù)碼管，74LS74構(gòu)成，其中倒計時電路用555定時器、74LS192、74LS47、器件實(shí)現(xiàn)，數(shù)字顯示及紅綠燈指示由共陽極數(shù)碼管和發(fā)光二極管電路實(shí)現(xiàn)。經(jīng)Multisim仿真測試，該電路可以實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈指示功能功能。利用Altium Designer軟件對電路進(jìn)行了原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計，并對電路進(jìn)行了安裝和調(diào)試，調(diào)試結(jié)果與理想期待結(jié)果相符合。 關(guān)鍵詞：74LS192、74LS4

5、7、共陽極數(shù)碼管，74LS74；555定時器；電路仿真；PCB設(shè)計 目 錄 1.設(shè)計背景……………………………………………………………4 1.1簡述………………………………………………………………4 1.2系統(tǒng)概述…………………………………………………………4 1.3單元電路設(shè)計與分析………………………………………………5 2.設(shè)計方案……………………………………………………………6 2.1基本要求…………………………………………………………6 2.2設(shè)計任務(wù)…………………………………………………………7 3.方案實(shí)施……………………………………………………………7

6、3.1設(shè)計電路原理圖…………………………………………………7 3.2利用MuLtisim軟件進(jìn)行仿真……………………………………9 3.3 利用AltiumDesigner軟件制作PCB電路圖……………………10 4. 結(jié)果與結(jié)論………………………………………………………12 4.1結(jié)果………………………………………………………………12 4.2討論………………………………………………………………12 5.收獲與致謝…………………………………………………………12 6.參考文獻(xiàn)……………………………………………………………13 7.附件………………………………………………………

7、…………13 。 1. 設(shè)計背景 本課題是設(shè)計一個交通信號燈控制電路，通過本設(shè)計了解掌握交號燈控制電路的工作原理，進(jìn)而研究電子產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)方法。 通過對交通信號燈控制電路的設(shè)計、安裝與調(diào)試，熟練掌握各種電子測量儀器、儀表的正確使用方法，熟悉掌握數(shù)字邏輯電路原理及各類型數(shù)字單元電路的工作原理、電路形式、調(diào)試方法、整機(jī)電路統(tǒng)調(diào)技巧等方面知識；同時，通過對系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果的理論分析，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的工作能力，對加強(qiáng)數(shù)字邏輯電路原理與技術(shù)方法的掌握，得到全面的、系統(tǒng)的訓(xùn)練，為今后從事本專業(yè)工作奠定堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。 1.1簡述 隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步，在大城市中，路上

8、的車輛越來越多，道路越來越擁擠，特別是十字路口交通問題很嚴(yán)重，為了解決這種十字路口交通堵塞的問題，我們現(xiàn)在就在十字路口安裝了交通指示燈。有了交通燈，人們外出出行的安全有了很大的保證。 1.2系統(tǒng)概述 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)計輸入電路時，必須首先了解輸入信號的性質(zhì)，接口的條件，以設(shè)計合適的輸入接口電路。 數(shù)

9、字電路是用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路，又叫數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路?，F(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構(gòu)造而成。邏輯門是數(shù)字邏輯電路的基本單元。存儲器是用來存儲二值數(shù)據(jù)的數(shù)字電路。從整體上看，數(shù)字電路可以分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。 （1）交通信號燈基本原理及設(shè)計方法 要實(shí)現(xiàn)上述交通信號燈的自動控制，則要求控制電路由時秒脈沖發(fā)生器、主控制器、倒計數(shù)器、數(shù)字顯示譯碼器幾部分組成。 A、秒脈沖發(fā)生器：脈沖信號發(fā)生器用的是555定時器構(gòu)成多諧振蕩器振蕩頻率為： f=1.43/(R1+2R2)C； B、主控

10、制器：燈亮的轉(zhuǎn)換由主控制器控制，由于一個周期為30秒 C、 倒計數(shù)器：由分析得知，主干道上的綠燈一次亮30秒，紅燈一次亮30秒則設(shè)計兩個倒計數(shù)器，由30開始倒計數(shù)； D、數(shù)字顯示譯碼器：該電路主要使倒計數(shù)器上的二進(jìn)制數(shù)經(jīng)過譯碼顯示出來，且當(dāng)紅燈不亮?xí)r對應(yīng)的顯示器顯示置數(shù)。 1.3單元電路設(shè)計與分析 （1）秒脈沖發(fā)生器 1、利用555定時器為主組成多諧振蕩器，輸出1Hz的矩型方波，實(shí)現(xiàn)脈沖電路功能。 2、555定時器的原理圖如圖及引腳圖如圖所示： （2）設(shè)計思路 考慮脈沖精度，先555定時器為主組成多諧振蕩器，輸出1KHz的矩型方波，再通過二片74LS192實(shí)現(xiàn)三次十分頻從而

11、得到秒脈沖。 1、 1KHZ的矩形方波設(shè)計 電容C1上的充電時間： T1=(R1+R2)CLn2 電容C1上的放電時間： T2=R2Cln2 輸出矩形波的周期： T=T1+T2 振蕩頻率： f=1/T=1.44/(R1+2R2)C 通過計算可以設(shè)：C=10nF R1=51KΩR2=48KΩ （3）、秒脈沖波形檢測如圖7 2.設(shè)計方案 2.1基本要求 （1），設(shè)計制作一個十字路口交通指示燈簡易控制電路； （2），紅燈亮表示停止，綠燈亮表示通行，通行和停止時間各為30秒； （3），通行和停止時間用數(shù)碼管

12、顯示，采用倒計時方式 2.2設(shè)計任務(wù) （1），根據(jù)設(shè)計指示及要求選擇電路形式，畫出原理電路圖 （2），選擇原器件型號及參數(shù),并列出器件清單。 （3）在制作好的電路板上焊接元件，并完成電路的測試與調(diào)整，使有關(guān)指示達(dá)到設(shè)計要求。 3. 方案實(shí)施 3.1實(shí)驗(yàn)原理圖 1.時鐘脈沖電路 555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，在這里，用R1=47K,R2=51K,C1=10uf,C2=100nf一起構(gòu)成時鐘周期發(fā)生器，為電路提供時鐘信號，下圖是555定時器接成的多諧振蕩器。 2.計時電路 在這個設(shè)計中的計時電路是由兩片74LS192組成的電路實(shí)現(xiàn)的

13、，一片實(shí)現(xiàn)0到9，一片實(shí)現(xiàn)0到3。接入脈沖信號的74LS192的預(yù)置數(shù)為0000，由該芯片的借位輸出端TC DWN控制第二片74LS192的倒計時控制端，用于實(shí)現(xiàn)當(dāng)個位由九變?yōu)榱銜r，十位數(shù)值減少一，實(shí)現(xiàn)倒計時30秒的功能。 3. 譯碼顯示電路 用兩片74LS47和兩個共陽極數(shù)碼管構(gòu)成譯碼顯示電路。74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過它解碼，可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字。74LS47為低電平作用。譯碼器的3、4、5引腳接高電平，保證其輸入輸出有效。輸入端接計時電路的輸出端，輸出端接共陽極數(shù)碼管的輸入端。下圖為譯碼

14、顯示電路 4.電路整體原理圖 3.2利用Multisim軟件仿真電路圖 在各單元電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，用Multisim軟件把各單元電路連接起來，畫出符合的系統(tǒng)整體邏輯電路圖，為各個電阻電容選取適當(dāng)?shù)闹?。電路設(shè)計完成后，啟動開關(guān)觀察，根據(jù)紅綠燈亮滅和倒計時裝置情況判斷電路是否正常。仿真電路圖如下。 3.3利用AltiumDesigner軟件制作PCB電路圖。 在原理圖設(shè)計無誤的情況下，通過AltiumDesigner軟件進(jìn)項(xiàng)PCB板的設(shè)計。在布線前要完成對電路圖各元件的封裝。在封裝時，要注意，因?yàn)閷τ谕粋€元件可能又多種封裝方式。封裝時根據(jù)所給元件的類型選擇合適的封裝對各個元件進(jìn)行封裝

15、。封裝完成后，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擺放，使盡量少的線重疊，以減少布線時的跳線出現(xiàn)。 得到的可調(diào)延時電路PCB板如下圖所示： 4. 結(jié)果與結(jié)論 4.1結(jié)果 從選課題開始，到寫出實(shí)驗(yàn)報告，整個過程充滿了挑戰(zhàn)與困難，我利用一切可以利用的資源，如圖書館資料，互聯(lián)網(wǎng)資料，不斷的摸索，不斷的克服，利用multisim 成功的模擬出了交通信號燈控制器這一課題。 但是在設(shè)計模擬過程中，并不是一帆風(fēng)順的，我遇到了一些問題，比如剛開始數(shù)碼管都亮不起啦(加電阻限流);再到十進(jìn)制減計數(shù)器的設(shè)計中出現(xiàn)11-00-09的問題而不是11-10-09（級聯(lián)錯誤

16、），且用多種芯片都不能很好實(shí)現(xiàn)置數(shù)功能(運(yùn)用異步置數(shù)知識解決)；在總電路圖中出現(xiàn)綠燈在一周期中兩次置數(shù)等等問題，但通過自己查閱資料、多次調(diào)試、詢問老師等多種途徑得以就解決。因此我總結(jié)出，以后設(shè)計電路時不但要考慮其合理性，還要考慮可行性。復(fù)雜電路可先通過模塊設(shè)計再綜合。 4.2討論：課程設(shè)計目的 1、鞏固加深對電子線路的基本知識，提高綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力； 2、培養(yǎng)學(xué)生查閱參考文獻(xiàn)，獨(dú)立思考、設(shè)計、鉆研專業(yè)知識相關(guān)問題的能力； 3、通過實(shí)際制作安裝電子線路，學(xué)會單元電路以及整機(jī)電路的調(diào)試與分析方法； 4、掌握相關(guān)電子線路工程技術(shù)規(guī)范以及常規(guī)電子元器件的性能技術(shù)指標(biāo)； 5、了解電氣圖

17、國家標(biāo)準(zhǔn)以及電氣制圖國家標(biāo)準(zhǔn)，并利用電子multisim正確繪制電路圖； 6、培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)與科學(xué)態(tài)度，建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ碳夹g(shù)觀念； 7、培養(yǎng)工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計能力。 5. 收獲與致謝 通過這兩周電子課程設(shè)計，讓我深深體會到理論與實(shí)際結(jié)合有較大挑戰(zhàn)，但通過自己的努力我們是可以克服這種挑戰(zhàn)的。以前用筆解決這些問題，現(xiàn)在是真正的模擬這些問題，真正的思考這些問題，在這學(xué)習(xí)期間能讓我們的基礎(chǔ)知識能夠掌握的更加牢固。亦對我們今后學(xué)習(xí)生活有重大幫助建議：對于以后需要做這些設(shè)計的同學(xué)最好自己先有個整體思路，然后再進(jìn)行分模塊設(shè)計及仿真。 在本次的課程設(shè)計中指導(dǎo)老師給與了我們

18、很大的幫助，耐心為我們解答課程中我們所遇到的不懂問題，在此向我們的指導(dǎo)老師表示感謝。 6. 參考文獻(xiàn) [1] 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005. [2] 臧春華.電子線路設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社，2005. [3] 邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [4] 秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2012. [5] 谷樹忠.Altium Designer教程-原理圖、PCB設(shè)計與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.. 7.附件

19、 7.1 器件清單 1.555定時器 1片 2.74LS192N 2片 3.共陽極數(shù)碼管2片 4.74LS472片 5.74LS742片 6.電阻 6個 7.電容 2個 8.發(fā)光二極管4個(2紅，2綠） 7.2 PCB電路圖 7.3實(shí)物圖 指導(dǎo)教師評語： 課程設(shè)計報告成績： ，占總成績比例： 40％ 課程設(shè)計其它環(huán)節(jié)成績： 環(huán)節(jié)名稱： 原理設(shè)計 ，成績： ，占總成績比例： 20％ 環(huán)節(jié)名稱： PCB設(shè)計 ，成績： ，占總成績比例： 20％ 環(huán)節(jié)名稱： 安裝調(diào)試 ，成績： ，占總成績比例： 20％ 總 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 本次課程設(shè)計負(fù)責(zé)人意見： 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日