交通燈的設(shè)計(共19頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上成績課程設(shè)計說明書題 目： 交通指示燈電路設(shè)計 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日專心-專注-專業(yè)課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計題目 交通指示燈電路設(shè)計學(xué)生姓名所在學(xué)院專業(yè)、年級、班 設(shè)計要求： 1. 設(shè)計制作一個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間為30秒； 3. 通行和停止時間用數(shù)碼管顯示，采用倒計時方式。學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)： 通過電子技術(shù)課程設(shè)計，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)計方法、設(shè)計步驟，熟悉和掌握電路參數(shù)的

2、計算方法，掌握電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)計、PCB板設(shè)計和電子電路系統(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)計工作，同時提交課程設(shè)計報告。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，2010.2 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，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

3、：高等教育出版社，2005.工作計劃： 5月16日-5月17日Multisim軟件培訓(xùn)以及電路設(shè)計與仿真 5月18日-5月20日用Altium Designer 設(shè)計原理圖以及PCB板的設(shè)計 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日指導(dǎo)老師驗收設(shè)計結(jié)果及設(shè)計報告的提交任務(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)計摘 要：本次課程設(shè)計的目的為設(shè)計制作一個十字路口交通指示燈簡易控制電路，該電路實現(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間為30秒，

4、通行和停止時間用數(shù)碼管顯示，采用倒計時方式。該電路主要有時鐘脈沖電路、計時電路、譯碼電路、觸發(fā)電路等組成。時鐘電路由555定時器以及一些電阻和電容組成，計時電路由74LS192組成，譯碼電路由兩片74LS147共陽驅(qū)動器組成，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，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定時器；計時器；譯碼器；數(shù)碼管；觸發(fā)器目 錄1. 設(shè)計背景 11.1 社會背景 11.2 課題背景 12.設(shè)計方案 12.1任務(wù)分析 12.2方案論證23.方案實施 23.1原理圖設(shè)計23.2電路的仿真7

5、 3.3 PCB的制作8 3.4安裝與調(diào)試84. 結(jié)果與結(jié)論 85. 收獲與致謝 96. 參考文獻(xiàn) 107. 附件 101. 設(shè)計背景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。城市中交通擁擠、堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，由此造成巨大的經(jīng)濟(jì)與時間損失。 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)，已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)的計算機綜合管理系統(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

6、車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊，這一切要歸功于城市交通控制系統(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

7、的性質(zhì)，接口的條件，以設(shè)計合適的輸入接口電路。2. 設(shè)計方案2.1任務(wù)分析 根據(jù)設(shè)計要求，本次是利用74LS74，74LS47，74LS192，555定時器等元件設(shè)計一個交通燈電路。分析可知，由555計時器產(chǎn)生矩形脈沖，由74LS192和74LS74產(chǎn)生計時電路，并由數(shù)碼管顯示倒計時數(shù)字，由74LS47產(chǎn)生譯碼電路，對紅路燈的交替控制控制由74LS74來實現(xiàn)。2.2方案論證 首先，脈沖的產(chǎn)生是由555定時器、2個電阻和2個電容一起構(gòu)成的周期為一秒的時鐘周期發(fā)生器。 其次，計數(shù)的實現(xiàn)是采用74LS192實現(xiàn)的。脈沖信號接入74LS192的倒計時控制端，讓其實現(xiàn)倒計時功能。倒計時控制電路需要用到兩

8、片74LS192，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控制第二片74LS192的倒計時控制端，用于實現(xiàn)當(dāng)個位由九變?yōu)榱銜r，十位數(shù)值減少一，從而實現(xiàn)倒計時30秒的功能。兩個芯片的預(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，用于實現(xiàn)每倒計時30秒后，兩個芯片返回為預(yù)置數(shù)，即重新從30秒開始倒計時。 然后，譯碼顯示部分是由兩片74LS47實現(xiàn)譯碼功能，再由兩個七段共陽極數(shù)碼管實現(xiàn)顯示輸出功能，從而實現(xiàn)倒計時數(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，每倒計時30秒后其輸

9、出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，接在兩個輸出端紅綠燈翻轉(zhuǎn)一次，而實現(xiàn)紅路燈的交替顯示。3. 方案實施3.1原理圖設(shè)計 3.1.1時鐘脈沖的設(shè)計555定時器的作用就是構(gòu)成多諧振蕩電路。555電路的結(jié)構(gòu)組成如圖1。 圖1 555定時器電路組成及其引腳它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5K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時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，5

10、55的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。 是復(fù)位端，當(dāng)其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接。VCO是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01uf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，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.在這個電路中，用R1=48k, R2=48k, C1=10nf, C2=10uf,這樣就構(gòu)成了多諧振蕩器。根據(jù)振蕩周期T=(R1+2R2)可知，T=0.998s，大約為1s。圖2為時鐘脈沖

11、電路。 圖2 時鐘脈沖電路圖 3.1.2計時電路的設(shè)計 計時電路由74LS192N計數(shù)器和74LS47N譯碼器組成,用以驅(qū)動數(shù)碼管正常工作，其中可逆計數(shù)器用減法的，并且在時鐘電路的控制下讓數(shù)碼管工作，進(jìn)行倒計時。將振蕩電路所產(chǎn)生的周期性脈沖信號接入計數(shù)器的14引腳從而實現(xiàn)計數(shù)器的減法功能，再將計數(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)碼管顯示倒計時。其工作電路如圖3所示。圖3 計時電路電路圖其中74LS192是同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和計數(shù)功能，其引腳排列及邏輯符號圖如圖4、圖5所示。圖4 74LS192引腳排列圖 圖5 74LS192邏輯符號圖3.

12、1.3觸發(fā)電路以及交通燈顯示的設(shè)計觸發(fā)電路主要是由74LS74連接計時電路輸出，同時PR和CLR接電源電壓來實現(xiàn)的，交通燈的顯示是一組紅路燈連接Q,一組紅路燈連接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譯碼電路的設(shè)計 用74LS47是4線七段譯碼器，其輸出端為低電平有效，可以直接驅(qū)動共陽極的數(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。輸入端接計時電路的輸出端，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。 圖7 譯碼電路電路圖3.2電路的仿真 Multisim是電路仿真必備的一個軟件，對我們在數(shù)電的學(xué)習(xí)中有很大的幫助。在各單

13、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)碼管倒計時來觀察設(shè)計電路是否正確。通過仿真我們設(shè)計的電路是正確的。其電路仿真圖為圖8。圖8 交通燈仿真電路圖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擺放，使盡量少的線重疊，以減少布線時的跳線出現(xiàn)。同時在PCB板的制作時要注意以下幾點：1. 單位采用公制

14、單位（mm）。2. 電源線和地線要求采用0.8mm或是0.6mm,如果從兩個焊盤中間穿過時用0.4mm 或0.3mm。3. 信號線采用0.5mm。如果從兩個焊盤中間穿過時用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，電容和LED燈需要分正負(fù)極性，同時要根據(jù)PCB圖來安裝芯片，在焊接時，由于電路板在布線時十分密集，需要小心使電路造成短路，同時還要注意自身安全。得

15、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 在本次課程設(shè)計中，根據(jù)紅燈停，綠燈行，紅綠燈各亮30秒，并且時間為倒計時的要求，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多，對后續(xù)的焊接帶來了困難。在焊接時，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)試中我們也付出了很大努力，同時老師也進(jìn)行了指導(dǎo)，我們進(jìn)行了多次的改動，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 兩個星期的數(shù)字電路實習(xí)，讓我受益匪淺。讓我更好的熟悉和使用Altium Desi

16、gner軟件和Multisim軟件，自我感覺Altium Designer軟件這兩個星期的學(xué)習(xí)比我在平時上課一個學(xué)期學(xué)的還要多。同時我還明白了團(tuán)隊合作的重要性，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，遇到了許多問題，同時我也深刻的認(rèn)識到在課程設(shè)計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。同時我們付出了兩周的努力，但是實驗結(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

17、去信心。在以后我要更加努力學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己獨立思考的能力，彌補自身的不足，提高自己的綜合素質(zhì)。 在本次課程設(shè)計過程中我要感謝老師的耐心指導(dǎo)以及在設(shè)計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)計原理圖中所做的幫助，對這次的課程設(shè)計有很大的幫助，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，2010.2 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，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 圖9 交通燈原理圖圖10 交通燈PCB圖 圖11 交通燈仿真圖圖12 打印預(yù)覽圖 圖13 交通燈實物圖 表1 元器件清單器件名稱參數(shù)/數(shù)量LED燈×474LS742D觸發(fā)器×174LS192N可逆十進(jìn)制計數(shù)器×274LS47