電子技術課程設計-- 交通指示燈電路

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1、成績 課程設計說明書（論文） 題目： 交通指示燈電路 課程名稱： 數(shù)字電子技術 學 院： 電子信息與電氣工程學院 學生姓名： 2014年 6月 6日 課 程 設 計 任 務 書 設計題目 交通燈指示電路 學生姓名 所在學院 電子信息與電氣工程學院 專業(yè)、年級、班 電子信息工程2012級1班 設計要求： 1、設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 學生應完成的任務： 完成交通指示燈電路設計，利用Multisim軟件進行電路功能仿真，利用Altium Designer軟件繪制電路原理圖，設計制作電路的PCB板，對電路進行安裝、調(diào)試，并提交課程設計報告。 參考文獻： [1] 童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2005. [2] 臧春華.電子線路設計與應用[M].北京:高等教育出版社，2005. [3] 邱關源，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[M].北京：北

3、京大學出版社，2012. [5] 谷樹忠.Altium Designer教程-原理圖、PCB設計與仿真[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計和PCB板設計；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，提交課程設計報告。 任務下達日期： 2014年 5 月 26 日 任務下達日期： 2014年 6 月 6 日 指導教師

4、（簽名）： 學生（簽名）： （交通指示燈電路） 摘 要：設計了一個交通指示燈電路，該電路可以實現(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構成，其中倒計時電路用555定時器、74LS192、74LS47、器件實現(xiàn)，數(shù)字顯示及紅綠燈指示由共陽極數(shù)碼管和發(fā)光二極管電路實現(xiàn)。經(jīng)Multisim仿真測試，該電路可以實現(xiàn)十字路口交通燈指示功能功能。利用Altium Designer軟件對電路進行了原理圖設計和PCB設計，并對電路進行了安裝和調(diào)試，調(diào)試結果與理想期待結果相符合。 關鍵詞：74LS192、74LS4

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

6、3.1設計電路原理圖…………………………………………………7 3.2利用MuLtisim軟件進行仿真……………………………………9 3.3 利用AltiumDesigner軟件制作PCB電路圖……………………10 4. 結果與結論………………………………………………………12 4.1結果………………………………………………………………12 4.2討論………………………………………………………………12 5.收獲與致謝…………………………………………………………12 6.參考文獻……………………………………………………………13 7.附件………………………………………………………

7、…………13 。 1. 設計背景 本課題是設計一個交通信號燈控制電路，通過本設計了解掌握交號燈控制電路的工作原理，進而研究電子產(chǎn)品設計的技術方法。 通過對交通信號燈控制電路的設計、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、整機電路統(tǒng)調(diào)技巧等方面知識；同時，通過對系統(tǒng)設計結果的理論分析，加強理論聯(lián)系實際的工作能力，對加強數(shù)字邏輯電路原理與技術方法的掌握，得到全面的、系統(tǒng)的訓練，為今后從事本專業(yè)工作奠定堅實的技術基礎。 1.1簡述 隨著社會的發(fā)展與進步，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)轉換電路轉換成數(shù)字信號再進行處理。在設計輸入電路時，必須首先了解輸入信號的性質，接口的條件，以設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)字量進行算術運算和邏輯運算的電路，又叫數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路?，F(xiàn)代的數(shù)字電路由半導體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構造而成。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計方法 要實現(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)器上的二進制數(shù)經(jīng)過譯碼顯示出來，且當紅燈不亮時對應的顯示器顯示置數(shù)。 1.3單元電路設計與分析 （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實現(xiàn)三次十分頻從而

11、得到秒脈沖。 1、 1KHZ的矩形方波設計 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：C=10nF R1=51KΩR2=48KΩ （3）、秒脈沖波形檢測如圖7 2.設計方案 2.1基本要求 （1），設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設計任務 （1），根據(jù)設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，使有關指示達到設計要求。 3. 方案實施 3.1實驗原理圖 1.時鐘脈沖電路 555定時器構成多諧振蕩器，在這里，用R1=47K,R2=51K,C1=10uf,C2=100nf一起構成時鐘周期發(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 在這個設計中的計時電路是由兩片74LS192組成的電路實現(xiàn)的

13、，一片實現(xiàn)0到9，一片實現(xiàn)0到3。接入脈沖信號的74LS192的預置數(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，用于實現(xiàn)當個位由九變?yōu)榱銜r，十位數(shù)值減少一，實現(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)碼管構成譯碼顯示電路。74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉化成數(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 在各單元電路設計的基礎上，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?shù)闹怠ｋ娐吩O計完成后，啟動開關觀察，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。 在原理圖設計無誤的情況下，通過AltiumDesigner軟件進項PCB板的設計。在布線前要完成對電路圖各元件的封裝。在封裝時，要注意，因為對于同一個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行封裝

15、。封裝完成后，把原理圖導入PCB板。導入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. 結果與結論 4.1結果 從選課題開始，到寫出實驗報告，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。 但是在設計模擬過程中，并不是一帆風順的，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);再到十進制減計數(shù)器的設計中出現(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現(xiàn)置數(shù)功能(運用異步置數(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。因此我總結出，以后設計電路時不但要考慮其合理性，還要考慮可行性。復雜電路可先通過模塊設計再綜合。 4.2討論：課程設計目的 1、鞏固加深對電子線路的基本知識，提高綜合運用專業(yè)知識的能力； 2、培養(yǎng)學生查閱參考文獻，獨立思考、設計、鉆研專業(yè)知識相關問題的能力； 3、通過實際制作安裝電子線路，學會單元電路以及整機電路的調(diào)試與分析方法； 4、掌握相關電子線路工程技術規(guī)范以及常規(guī)電子元器件的性能技術指標； 5、了解電氣圖

17、國家標準以及電氣制圖國家標準，并利用電子multisim正確繪制電路圖； 6、培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風與科學態(tài)度，建立嚴謹?shù)墓こ碳夹g觀念； 7、培養(yǎng)工程實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合設計能力。 5. 收獲與致謝 通過這兩周電子課程設計，讓我深深體會到理論與實際結合有較大挑戰(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，在這學習期間能讓我們的基礎知識能夠掌握的更加牢固。亦對我們今后學習生活有重大幫助建議：對于以后需要做這些設計的同學最好自己先有個整體思路，然后再進行分模塊設計及仿真。 在本次的課程設計中指導老師給與了我們

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，在此向我們的指導老師表示感謝。 6. 參考文獻 [1] 童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2005. [2] 臧春華.電子線路設計與應用[M].北京:高等教育出版社，2005. [3] 邱關源，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[M].北京：北京大學出版社，2012. [5] 谷樹忠.Altium Designer教程-原理圖、PCB設計與仿真[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實物圖 指導教師評語： 課程設計報告成績： ，占總成績比例： 40％ 課程設計其它環(huán)節(jié)成績： 環(huán)節(jié)名稱： 原理設計 ，成績： ，占總成績比例： 20％ 環(huán)節(jié)名稱： PCB設計 ，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： 指導教師簽字： 年 月 日 本次課程設計負責人意見： 負責人簽字： 年 月 日