课程设计--交通指示灯电路设计.doc

成绩课程设计说明书题 目： 交通指示灯电路设计 课程名称： 数字电子技术 学 院：电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 20 年 月 日 课 程 设 计 任 务 书设计题目交通指示信号灯电路设计学生姓名所在学院电子信息与电气工程学院专业、年级、班设计要求： 1、设计制作一个十字路口交通指示灯简易控制电路； 2、红灯亮表示停止，绿灯亮表示通行，通行和停止时间各为30秒； 3、通行和停止时间用数码管显示，采用倒计时方式。学生应完成的任务：设计交通信号灯电路图，然后在Mulitisim中进行仿真，在Altium Designer中画出原理图，并画出PCB图。制作PCB板，然后根据所画原理图安装器件，进行焊接，调试。经老师检查合格后，写课程设计报告。参考文献：1 邱关源，罗先觉.电路（第五版） M.北京：高等教育出版社， 20062 张天鹏.数字电子技术 M.北京：北京大学出版社， 2012.3 谷树忠,刘文洲.Altium Designer教程 M.北京：电子工业出版社， 2005.工作计划： 5月27号28号用Mulitisim进行仿真图的设计； 5月29号30用 Altium Designer完成原理图设计； 5月31号6月2完成PCB图设计； 6月3号6月4完成PCB板的制作； 6月5日进行电路的安装与调试； 6月66月7写课程设计报告。任务下达日期： 20年 月 日任务完成日期： 20年 月 日 指导教师（签名）： 学生（签名）：交通信号灯电路设计摘 要：本次设计的都是交通信号灯的电路设计，该电路能形成30秒的红灯和绿灯的交替，使红灯停绿灯行得以交通的“指挥”。该电路由三部分组成：多谢振荡器模块、倒计时和译码显示模块、指示灯驱动模块。运用两片十进制可逆计数器74LS192、555计时器和两片74LS47触发器，做成30进制倒数计数器。从而，数码管从30开始计数，个位由0开始，向十位借一，十位变为2，个位从9变为0，然后再向十位借一。由此，当十位变为0，个位变为0时，向LED灯输出一个信号，此时 ，LED灯变色。按照此规律，就可进行对交叉路口的交通指挥。关键词: 倒计时；30进制；红灯；绿灯 目 录 1.设计背景11.1课程设计的实践11.2数字系统的现代设计方法113数字系 设计的基本流程.12.设计方案22.1设计任务22.2任务分析 23方案实施33.1电路的模块设计33.2电路的PCB制作63.3 安装与调试64结果和结论74.1实践结果74.2实践总结75收获与致谢86参考文献87附件87.1所使用的电子器件清单 8 7.2原理图的实物图 97.3电路图的PCB制图 9 7.4实践实物图 101. 设计背景1.1 课程设计的实践 本次课程实践活动，是学校精心为学生安排的一个综合程度高、实践性强的把理论转化为实际的活动。本学期，我们学习了数字电子技术，模拟电子技术基础，Altium Designer软件。而此次的课程设计就包含了这四项课程的练习，并且在后面的焊接过程中，又复习了一下大二上学期学习的焊接技术。因而，此次实践活动是一次综合程度高，实践性强的一次特殊训练，更有利于大学生以后的实践动手能力和对问题的综合性考虑及分析认识。1.2 数字系统现代设计方法由于数字电子技术的飞速发展，数字系统设计的复杂程度也相应提高，利用传统的设计方法已经不能满足现代数字系统的双核机的要求。目前有很多种设计方法，经常采用自项向下的设计方法。自项向下的设计方法简单讲就是从整体到局部、最后到细节的设计方法，即设计者先从数字系统的整体功能出发，进行最顶层的系统设计，然后将整个系统分成若干子系统，再将每个子系统分成若干功能模块，功能模块还可分成子功能模块，直至分成许多可以有最基本的逻辑功能部件实现小功能模块。在自项向下的设计过程中，最重要的是将整个系统或子系统划分成控制电路和若干数据处理电路，数据处理电路一般都有现成的逻辑功能模块，因而系统设计的主要任务是设计系统的控制电路，控制逻辑关系最为复杂，是数字系统设计中的关键。1.3 数字系统设计的基本流程 一个数字系统的设计，从提出任务到完成设计，主要包括任务分析、确定总体方案、系统功能划分、逻辑设计和物理设计等几个步骤，基本流程如图1-3所示1物理设计系统功能划分任务分析逻辑设计确定总体方案图1-3数字系统设计基本流程任务分析，明确设计要求。在开始对一个数字系统设计进行设计之前，首先应对该系统进行充分调研，深入了解该系统的功能、性能指标、工作环境等，明确系统的输入信号有哪些，输出信号有哪些，对输入和输出信号有什么要求等，只有在明确设计要求的基础上才能进行该系统设计。确定系统的总体方案。对于一个具体数字系统的设计，可能有多种不同的设计方案，方案的优劣直接影响了整个数字系统的的质量，因此，要从系统的实现原理、性能、成本、可靠性等方面来综合考虑，最终确定设计方案。系统功能划分。系统总体设计方案确定后，可以根据所要设计的数字系统的特点，将整个系统划分为若干个子系统，一般可分为控制子系统和数据处理子系统。逻辑设计。把功能模块所描述的逻辑功能进行逻辑设计，详细的给出实现该逻辑功能的硬件描述和软件描述。物理设计。物理设计也成为电路设计，是用具体的电路结构来实现功能模块的逻辑功能2. 设计方案2.1设计任务设计一个简易的十字路口交通灯控制器。在十字路口，为了确保行人和车辆安全，在每个交叉口都设置了交通信号灯，交通信号灯由绿灯和红灯组成，用以指示车辆和行人有序的通行，其中各条道路上的红灯表示该条道路禁止通行，绿灯亮 表示该条道路路允许通行。各条道路允许通行或禁止通行用数码管显示，3十字路口交通灯的工作情况为每条道路允许通行或禁止通行的时间都为30秒2.2 任务分析根据设计任务可知，交通灯控制器只有两种工作状态，每个工作状态应保持一定的时间，来确保十字路口车辆和行人的安全通行，并且这两个工作状态可以自行转换。其中一个干道是绿灯，另一个干道是红灯。 为了使交通灯控制器在每个状态规定的时间正常工作，需要设置秒脉冲发生电路，它即可以作为整个电路的时钟信号，又可作为倒计时电路的时间信号。为了能够对通行时间进行倒计时，需要设置30秒 定时电路，它接收外部提供的秒基准信号。并且控制器在每个状态运行期间要发出控制信号，以驱动每条道路的指示灯。经过以上分析可知，交通灯控制器可以由控制模块、秒脉冲控制模块、倒计时和译码显示模块、指示灯驱动模块等组成。3. 方案实施3.1 电路的模块设计多谐振荡器的设计。秒脉冲产生电路可以用多谐振荡器产生，多谐振荡器采用555定时器构成其电路图如图（1）。图（1）中555定时器的1端接地，4端和8端接电源，5端通过10nF的电容地，7端通过电阻R1接电源，2端与6端接在一起，并通过电阻R2接7端、通过电容C接地，这样便构成了多谐振荡器。如果电阻R1=R2=48k，C=10uF，根据电路振荡周期T=（R1+2R2）Cln2可知，T=0.998S1S3图（1）多谢振荡器电路图倒计时和译码显示模块。倒计时和译码显示模块主要由计数器、显示译码器和数码管组成。由于电路进行30进制减法计数，因此可以设计一个初值设定为30的减法计数器，.数码管采用共阳极数码管，另外，显示译码器和数码管配合使用，以构成显示电路。如图所示。图（2）中74LS192为10进制可逆计数器，数码管采用共阳极数码管，显示驱动电路采用74LS47.两片74LS192构成30进制减法计数器。U为计数器10位，U6为计数器个位，计数脉冲从个位74LS192的DOWN端输入，个位的借位输出信号接十位74LS192的DOWN端，并且两片的UP端都接高电平，以保证计数器工作在技术状态。两片74LS192的预置数输入端需要接控制信号。74LS47可以将输入的BCD代码译成共阳极数码管所需的驱动代码，因此将74LS47的数据输入端直接和74LS192的输入端相连。图（2）倒计时和译码显示没款电路图指示灯驱动模块。该模块用于驱动每条道路上的红灯和绿灯，使红灯和绿灯与倒计时显示模块相互配合，指示每条导通的通行状态。指示灯驱动电路设计如下图。图中74LS74是带有清零和置数功能的JK触发器，74LS74的预置数端接控制信号，输入端J、K接高电平，时钟输入信号接十位计数器的倒计时借位信号输出端，输出端Q低点评时，触发器被置成Q=1，Q，=0,LED1和亮,。当控制信号变为高电平后，触发器的状态受时钟信号控制，当倒计时借位信号有效时，触发器输出状态翻转，即变为，Q，和亮，所以两条交叉路得以正常运行。如图（3）所示。图（3）指示灯驱动模块电路图3.2 该交通灯电路设计的制作在Multisim软件中对该电路进行仿真，仿真正确后，再在Altium Designer中画出原理图，然后，将每个元件按照正确的封装类型进行封装，经检查无误后将原理图导入PCB板中，生成PCB图。在PCB板中，电源线应用0.8mm，其余连线应采用0.5mm，少数线需要过小的缝隙时可选用0.4mm的线，焊盘大小为X为2.0mm，Y为1.5mm。在布线时应选用手动布线，移动器件的位置，使连线简洁、明了，并尽可能的使用蓝线，减少红线的使用。PCB板的线布好以后，仔细检查布线，看看有没有交叉的蓝线，有没有过于密集的蓝线，线的粗细是否合适，检查时可以请老师或同学帮忙。最后PCB板经老师检验无误后，可以进行制板。3.3 安装与调试得到元器件后，我们按照原理图和PCB图，对其进行组装，慎重起见，我们先焊装了芯片的的底座，及电阻，经确定焊接无误后，我们开始安装各个芯片，保证各个芯片所在完全与图纸吻合。然后开始装电容，因为要保证电容极性正确，我们先给电路通上适当电压，两表笔分别正反接，以确定电压大小方向，然后焊装电容。最后得到完成的电路板。安装完以后，我们对整个电路通以适当电压，结果电路并没有按照预想的那样顺利运行。数码管没有数字显示，灯也不亮。然后我们又对各个地方逐一排查，最后确定是一处焊接与另一处相连，使得整个电路不能完好运行。我们又对该处进行清理焊接，最终使得电路正常运行。实验顺利完成。4. 结果与结论4.1 实践结果此次对74LS47、74LS192、74LS74和555定时器的一个组装，使我们顺利完成了30进制倒计时信号灯的安装。经过焊接后的调试，我们的交通信号灯能够正常按照预想实行指挥交通的功能。其中，两个共阳极数码管能够很好地运行30进制倒计时显示：个位从0，十位从3开始计时；进而，,个位向十位借1，按此规律进行倒计时。另外，4个LED灯也能够正常的在30秒内分别亮起，即这个30秒内LED1和LED3亮，下一个30秒内LED2和LED4亮，正好使两条交叉路的运行时间差开，使指挥交通这项任务得以顺利执行。4.2 实践总结此次实践活动，是一个很好的理论联系实际的措施，是一个很好锻炼大学生动手能力的活动。此次我们做的交通灯，我们尽可能的使电路简单、经济、实用，完全按照电路设计的基本要求。虽然，活动中我们遇到不少问题，但在我们齐心协力之下，这些问题都被我们打败，反而是我们成功路上的垫脚石，更加激发了我们对胜利的渴望。最终胜利完成任务。5. 收获与致谢通过此次两周的课程设计，我们设计出了30秒倒计时交通信号灯，该信号灯能很好的在十字路口工作，指挥车辆允许通行及禁止通行。此次设计我们遇见的主要问题是原理图的设计和原理图的封装。为此，我们把需要用到的各种元件的功能及作用有了更详细、更全面的认识，同时对.Altium Designer 、Mulitisim两种仿真软件有了更加深刻的认识和更加熟练的操作技巧。另外也再次复习了课本上面的各种知识。通过此次两周的课程设计，我们基本对课本上面的知识点有了一个系统的复习。因此，在这里对天鹏老师、李琪老师、胡老师表示感谢。是你们为我们开拓了一个把理论与实践相结合的平台的，让我们对知识有了全新系统的认识，让我们有了理论联系实际的能力。另外，感谢胡老师在这次课程实践活动中对我们遇到的问题的指点，使我们在此次活动中有了更顺利的进行。 此外，还要感谢队友，感谢他们的合作，感谢他们为做原理图奋斗到深夜。感谢那些在实践过程中给予我们帮助的可爱的同学。6. 参考文献1邱关源，罗先觉.电路（第五版） M.北京：高等教育出版社， 20062张天鹏.数字电子技术 M.北京：北京大学出版社， 2012.3 谷树忠,刘文洲.Altium Designer教程 M.北京：电子工业出版社， 2005.7. 附 件 7.1 图中所使用的电子器件清单如表7-1。表7-1 电路板中的器件清单元器件名称数量555定时器1个74LS1922个74LS472个共阳极数码管2个74LS741个红色发光二极管2个绿色发光二极管2个48K电阻2个100电阻4个导线若干10uf电