電子技術(shù)課程設計-- 交通指示燈電路

1、<p>　　課程設計說明書（論文）</p><p>　　題目： 交通指示燈電路 </p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) </p><p>　　學 院： 電子信息與電氣工程學院 </p><p>　　學生姓名： <

2、;/p><p>　　2014年 6月 6日</p><p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p><b>　?。ń煌ㄖ甘緹綦娐罚?lt;/b></p><p>　　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

3、構(gòu)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(jié)果與理想期待結(jié)果相符合。</p><p>　　關(guān)鍵詞：74LS192、74LS47、共陽極數(shù)碼管，74LS7

4、4；555定時器；電路仿真；PCB設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設計背景……………………………………………………………4</p><p>　　1.1簡述………………………………………………………………4</p><p>　　1.2系統(tǒng)概述……………………………………………

5、……………4</p><p>　　1.3單元電路設計與分析………………………………………………5</p><p>　　2.設計方案……………………………………………………………6</p><p>　　2.1基本要求…………………………………………………………6</p><p>　　2.2設計任務…………………………………………………………7&

6、lt;/p><p>　　3.方案實施……………………………………………………………7</p><p>　　3.1設計電路原理圖…………………………………………………7</p><p>　　3.2利用MuLtisim軟件進行仿真……………………………………9</p><p>　　3.3利用AltiumDesigner軟件制作PCB電路圖……………

7、………10</p><p>　　4. 結(jié)果與結(jié)論………………………………………………………12</p><p>　　4.1結(jié)果………………………………………………………………12</p><p>　　4.2討論………………………………………………………………12</p><p>　　5.收獲與致謝…………………………………………………………1

8、2</p><p>　　6.參考文獻……………………………………………………………13</p><p>　　7.附件…………………………………………………………………13</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　1. 設計背景</b></p><p&g

9、t;　　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(shù)方法。 </p><p>　　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(jié)果的理論分析，加強理論聯(lián)系實際的工作能力，對加

10、強數(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)的訓練，為今后從事本專業(yè)工作奠定堅實的技術(shù)基礎。</p><p><b>　　1.1簡述 </b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展與進步，在大城市中，路上的車輛越來越多，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

11、行的安全有了很大的保證。</p><p><b>　　1.2系統(tǒng)概述</b></p><p>　　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。</p><p>　　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

12、。模擬信號則需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再進行處理。在設計輸入電路時，必須首先了解輸入信號的性質(zhì)，接口的條件，以設計合適的輸入接口電路。 </p><p>　　數(shù)字電路是用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進行算術(shù)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(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

13、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。</p><p>　　（1）交通信號燈基本原理及設計方法</p><p>　　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。</p><p>　　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：&

14、lt;/p><p>　　f=1.43/(R1+2R2)C；</p><p>　　B、主控制器：燈亮的轉(zhuǎn)換由主控制器控制，由于一個周期為30秒</p><p>　　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)；</p><p>　　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)

15、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)。</p><p>　　1.3單元電路設計與分析</p><p><b>　　（1）秒脈沖發(fā)生器</b></p><p>　　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。</p><p>　　2、555定時器的原理圖如圖及引腳圖如圖所示

16、：</p><p><b>　　（2）設計思路</b></p><p>　　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)三次十分頻從而得到秒脈沖。</p><p>　　1、 1KHZ的矩形方波設計</p><p>　　電容C1上的充電時間： T1=(R1+R2

17、)CLn2 </p><p>　　電容C1上的放電時間： T2=R2Cln2</p><p>　　輸出矩形波的周期： T=T1+T2</p><p>　　振蕩頻率： f=1/T=1.44/(R1+2R2)C </p><p>　　通過計算可以設：C=10nF R1=51KΩ R2

18、=48KΩ</p><p>　?。?）、秒脈沖波形檢測如圖7</p><p><b>　　2.設計方案</b></p><p><b>　　2.1基本要求</b></p><p>　　（1），設計制作一個十字路口交通指示燈簡易控制電路；</p><p>　?。?），紅燈亮表示

19、停止，綠燈亮表示通行，通行和停止時間各為30秒；</p><p>　?。?），通行和停止時間用數(shù)碼管顯示，采用倒計時方式</p><p><b>　　2.2設計任務</b></p><p>　?。?），根據(jù)設計指示及要求選擇電路形式，畫出原理電路圖 </p><p>　?。?），選擇原器件型號及參數(shù),并列出器件

20、清單。 </p><p>　?。?）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)指示達到設計要求。</p><p><b>　　3. 方案實施</b></p><p><b>　　3.1實驗原理圖</b></p><p><b>　　1.時鐘脈沖電路</b>

21、;</p><p>　　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。</p><p><b>　　2.計時電路</b></p><p>　　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，一片實現(xiàn)0

22、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。</p><p><b>　　3. 譯碼顯示電路</b></p><p>　　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)

23、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。下圖為譯碼顯示電路</p><p><b>　　4.電路整體原理圖</b></p>&

24、lt;p>　　3.2利用Multisim軟件仿真電路圖</p><p>　　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?。電路設計完成后，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。</p><p>　　3.3利用AltiumDesigner軟件制作PCB電路圖。<

25、;/p><p>　　在原理圖設計無誤的情況下，通過Altium Designer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。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)。</p><p&

26、gt;　　得到的可調(diào)延時電路PCB板如下圖所示：</p><p><b>　　4. 結(jié)果與結(jié)論</b></p><p><b>　　4.1結(jié)果</b></p><p>　　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

27、</p><p>　　成功的模擬出了交通信號燈控制器這一課題。</p><p>　　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），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

28、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。</p><p>　　4.2討論：課程設計目的</p><p>　　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；</p><p>　　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(guān)問題的能力；&

29、lt;/p><p>　　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；</p><p>　　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；</p><p>　　5、了解電氣圖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；</p><p>　　6、培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風與科學態(tài)

30、度，建立嚴謹?shù)墓こ碳夹g(shù)觀念；</p><p>　　7、培養(yǎng)工程實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合設計能力。</p><p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　通過這兩周電子課程設計，讓我深深體會到理論與實際結(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，

31、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。</p><p>　　在本次的課程設計中指導老師給與了我們很大的幫助，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。</p><p><b>　　6. 參考文獻</b></

32、p><p>　　[1] 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎[M].北京：高等教育出版社，2005. </p><p>　　[2] 臧春華.電子線路設計與應用[M].北京:高等教育出版社，2005.</p><p>　　[3] 邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[4] 秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子

33、技術(shù)[M].北京：北京大學出版社，2012.</p><p>　　[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..</p><p><b>　　7.附件</b></p><p>　　7.1 器件清單 </p><p>　　1.555

34、定時器 1片 2.74LS192N 2片</p><p>　　3.共陽極數(shù)碼管2片 4.74LS47 2片</p><p>　　5.74LS74 2片 6.電阻 6個</p><p>　　7.電容 2個 8.發(fā)光二極管4個(2紅，2綠）</p><p>　　7.2 P