交通指示燈電路設(shè)計(jì)說明

./成績成績課程設(shè)計(jì)說明書題目：交通指示燈電路設(shè)計(jì)課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)學(xué)院：學(xué)生：學(xué)號：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：2013年6月6日.課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目交通指示燈電路設(shè)計(jì)學(xué)生所在學(xué)院專業(yè)、年級、班設(shè)計(jì)要求：1.設(shè)計(jì)制作一個(gè)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(shí)間為30秒；3.通行和停止時(shí)間用數(shù)碼管顯示,采用倒計(jì)時(shí)方式。學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)：1.分析交通指示燈的工作原理,設(shè)計(jì)原理圖,利用Multisim軟件進(jìn)行電路仿真；2.在軟件上繪制電路原理圖,并設(shè)計(jì)制作電路板〔PCB；3.根據(jù)設(shè)計(jì)原理對電路進(jìn)行安裝調(diào)試,完成課程設(shè)計(jì)工作；4.完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告并提交。參考文獻(xiàn)：[1]谷樹忠,文洲,航.AltiumDesigner教程[M].：電子工業(yè),2010．[2]邱關(guān)源,羅先覺.電路〔第五版[M].：高等教育,2006．[3]君里,為理.信號與系統(tǒng)〔第三版[M].：高等教育,2011．[4]長海,天鵬,翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)[M].：大學(xué),2012．[5]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].：高等教育,2005．工作計(jì)劃：5月27日課程設(shè)計(jì)說明、Multism軟件培訓(xùn)。5月28日Multism電路設(shè)計(jì)與仿真。5月29日—5月30日用AltiumDesigner設(shè)計(jì)原理圖。5月30日—5月31日用AltiumDesigner09設(shè)計(jì)PCB板。6月3日—6月4日制版。6月5日安裝調(diào)試。6月6日書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。6月7日指導(dǎo)教師驗(yàn)收課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)生提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告,指導(dǎo)教師批閱課程設(shè)計(jì)報(bào)告。任務(wù)下達(dá)日期：2013年5月27日任務(wù)完成日期：2013年6月7日指導(dǎo)教師〔簽名：學(xué)生〔簽名：交通指示燈設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)制作一個(gè)十字路口交通指示燈的簡易控制電路,紅燈亮表示停止通行,綠燈亮表示通行,通行和停止時(shí)間各為30s,并用七段數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示剩余時(shí)間。脈沖信號用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路來產(chǎn)生。74LS192可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的減法功能和74LS47譯碼器構(gòu)成譯碼電路來實(shí)現(xiàn)電路的減法計(jì)數(shù)。兩個(gè)共陽極數(shù)碼管來顯示譯碼電路實(shí)現(xiàn)的減法計(jì)數(shù)。74LS74正沿觸發(fā)雙D型觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)交通燈的交替變換。兩組發(fā)光二極管來顯示紅綠燈的變化,整個(gè)電路采用5V電源供電。利用Multisim對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真和AltiumDesigner進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)制作。通過指導(dǎo)老師進(jìn)行檢查并制板,完成安裝與調(diào)試。關(guān)鍵詞：555定時(shí)器；譯碼器；計(jì)數(shù)器；數(shù)碼管；LED目錄1.設(shè)計(jì)背景……………………11.1社會(huì)背景……………………11.2專業(yè)背景……………………12.設(shè)計(jì)方案……………………12.1任務(wù)分析……………………12.2方案論證……………………23.方案實(shí)施……………………23.1原理圖設(shè)計(jì)…………………23.2電路仿真……………………43.3PCB制作……………………53.4安裝與調(diào)試…………………54.結(jié)果與結(jié)論…………………65.收獲與致…………………66.參考文獻(xiàn)……………………77.附件……………………77.1電路原理圖…………………77.2PCB布線圖…………………87.3實(shí)物拍圖……………………87.4元器件清單…………………9.設(shè)計(jì)背景1.1社會(huì)背景機(jī)動(dòng)化進(jìn)程的加快,城市交通越來越成為一個(gè)全球化的問題。城市交通基礎(chǔ)設(shè)施供給滯后于高速機(jī)動(dòng)化增長需求,道路堵塞日趨嚴(yán)重,交通事故頻繁。于此,科技也在不斷的發(fā)展,同時(shí)電子技術(shù)的應(yīng)用幾乎無處不在,大到工業(yè)生產(chǎn)的電子控制,自動(dòng)化生產(chǎn)等,小到日常生活的電子屏幕,廣告燈具等。尤其是在交通系統(tǒng)中更是無法或缺,為人們安全行車,舒暢交通起著日趨重要的作用。1.2專業(yè)背景自動(dòng)化專業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的一門新興學(xué)科,廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等領(lǐng)域,在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越重要的作用。專業(yè)體現(xiàn)了強(qiáng)弱電結(jié)合、電工電子技術(shù)相結(jié)合、軟件與硬件相結(jié)合,具有交叉學(xué)科的性質(zhì),電力、電子、控制、計(jì)算機(jī)多學(xué)科綜合,使畢業(yè)生具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,是"寬口徑"專業(yè)。我們學(xué)校對學(xué)生的專業(yè)能力,動(dòng)手實(shí)踐能力極為重視,在這樣的背景下,學(xué)校和學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)及老師開展了本次課程實(shí)踐活動(dòng),提高我們把所學(xué)理論應(yīng)用于實(shí)際生活的創(chuàng)造和創(chuàng)新能力,著重培養(yǎng)了我們的動(dòng)手實(shí)踐的能力。2.設(shè)計(jì)方案2.1任務(wù)分析根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)可知,交通燈控制器只有兩種工作狀態(tài),每個(gè)狀態(tài)應(yīng)該保持一定的時(shí)間,來確定十字路口車輛和行人的安全通行,并且這兩個(gè)狀態(tài)可以自動(dòng)切換。為了使交通燈控制器在每個(gè)狀態(tài)按規(guī)定的時(shí)間正常工作,需要設(shè)置秒脈沖發(fā)生電路,它既可以作為整個(gè)電路的時(shí)鐘信號,又可以作為倒計(jì)時(shí)電路的時(shí)間信號。為了能夠進(jìn)行時(shí)間倒計(jì)時(shí),需設(shè)置定時(shí)電路,它接受外部提供的秒基準(zhǔn)信號。并且控制電路在每個(gè)狀態(tài)運(yùn)行期間,要發(fā)出控制信號,以驅(qū)動(dòng)每條道路的指示燈。經(jīng)以上分析可知,交通燈控制器可以由秒脈沖產(chǎn)生模塊、倒計(jì)時(shí)和譯碼顯示模塊、指示燈驅(qū)動(dòng)模塊等組成。2.2方案論證第一脈沖產(chǎn)生模塊。可以由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器用來產(chǎn)生秒脈沖,2個(gè)48K電阻和2個(gè)電容分別為10uF、10nF,一起構(gòu)成的周期為一秒的時(shí)鐘周期發(fā)生器,為電路提供時(shí)鐘信號。第二倒計(jì)時(shí)和譯碼顯示模塊。主要由計(jì)數(shù)器、顯示譯碼器和數(shù)碼管組成,數(shù)碼管采用共陽極七段數(shù)碼管,顯示譯碼器和數(shù)碼管配合使用構(gòu)成顯示電路。有74LS192構(gòu)成倒計(jì)時(shí)電路,74LS47和共陽極七段數(shù)碼管構(gòu)成顯示電路。第三指示燈驅(qū)動(dòng)模塊。用74LS74來驅(qū)動(dòng)LED紅綠燈,使紅燈和綠燈與倒計(jì)時(shí)顯示模塊相互配合,指示每條道路的通行狀態(tài)。由以上幾個(gè)模塊電路構(gòu)成的電路可以實(shí)現(xiàn)交通燈設(shè)計(jì)要求。3.方案實(shí)施3.1原理圖設(shè)計(jì)第一、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器實(shí)現(xiàn),電路由2個(gè)48K的電阻、1個(gè)10nF和1個(gè)10uF的電容、555定時(shí)器構(gòu)成。多諧振蕩器電路圖如圖1所示。圖1多諧振蕩器電路圖第二、顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路由74LS192N和74LS47N組成,驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常工作。將多諧振蕩電路所產(chǎn)生的周期性脈沖信號接入計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的減法功能,再將計(jì)數(shù)器與譯碼器連接起來,再將信號接入數(shù)碼管,使數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)。倒計(jì)時(shí)電路如圖2所示、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。圖2倒計(jì)時(shí)電路圖3數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路指示燈驅(qū)動(dòng)電路由74LS74來驅(qū)動(dòng)紅綠燈。本模塊由4個(gè)100的電阻、2個(gè)綠色LED燈和2個(gè)紅色LED燈構(gòu)成。指示燈驅(qū)動(dòng)電路圖如圖4所示。圖4指示燈驅(qū)動(dòng)電路圖5仿真圖3.2電路仿真在各模塊電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,按照總體電路圖在仿真軟件Multisim上選擇芯片并進(jìn)行連接,然后啟動(dòng)開關(guān)觀察。根據(jù)紅綠燈亮滅情況及倒計(jì)時(shí)裝置情況判斷電路是否正常。仿真結(jié)果符合要求。仿真圖如圖5所示。3.3PCB制作在布線前要在.AltiumDesigner中完成對元件的封裝。由于一個(gè)器件可能有多個(gè)封裝,所以封裝時(shí)應(yīng)根據(jù)所給元件的類型選擇合適的封裝,然后對各個(gè)元件進(jìn)行封裝。封裝完成后,把原理圖導(dǎo)入PCB文件中,在對元件的位置進(jìn)行手動(dòng)擺放,使盡量少的線重疊,以減少布線時(shí)跳線的出現(xiàn)。按要求設(shè)置電源線和地線、焊盤等參數(shù)。合理布線,在盡量少的采用跳線下應(yīng)整齊美觀。PCB布線圖如圖6所示。圖6PCB布線圖3.4安裝與調(diào)試首先安裝前做了必要的準(zhǔn)備工作。檢查了器件是否齊全、電路板是否存在斷線和短路現(xiàn)象、準(zhǔn)備焊接工具、標(biāo)記正負(fù)極和集成器件的方向防止錯(cuò)誤連接。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電路板有部分短路,決定用焊錫和導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)救,其他正常。然后開始安裝,將器件及底座插入電路板并檢查是否有錯(cuò),經(jīng)檢查沒有安裝錯(cuò)誤,開始焊接,在焊接過程中發(fā)現(xiàn)有些焊盤或?qū)Ь€相距比較近,所以焊接需要格外小心防止短路,焊接時(shí)間也要控制好防止因?yàn)檫^熱把板子燒壞。焊接完成再次檢查,沒有錯(cuò)誤焊接,安裝正確。安裝完成,開始調(diào)試。接通電源發(fā)現(xiàn)電路未工作,用萬用表檢查后發(fā)現(xiàn)六腳開關(guān)設(shè)置錯(cuò)誤,然后改正,繼續(xù)調(diào)試。電路仍不能工作,最后向指導(dǎo)老師胡萬里老師尋求幫助,經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后電路沒有問題,但調(diào)試后還是不能正常工作。結(jié)果與結(jié)論按設(shè)計(jì)好的原理圖進(jìn)行仿真,電路符合要求。將原理圖數(shù)據(jù)導(dǎo)入PCB文件中進(jìn)行PCB設(shè)計(jì),以盡可能少的跳線〔最多不超過5根對PCB進(jìn)行布局,然后進(jìn)行布線并進(jìn)行電氣規(guī)則檢查合乎要求,有4根跳線。在制版過程中,錯(cuò)在一些錯(cuò)誤,線路被濁蝕形成短路,后經(jīng)補(bǔ)救解決,最后完成安裝。加上5V電源,電路不能正常工作,多次調(diào)試后,問題仍沒有得到解決。5收獲與感通過這次課程設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)我收獲良多,也得到了許多老師的耐心指導(dǎo)和同學(xué)的幫助。在這次課程實(shí)踐活動(dòng)中讓我對電子設(shè)計(jì)方面的軟件〔如Multisim、AltiumDesigner的使用更加熟練,了解到理論應(yīng)用到實(shí)際生活中也需要很強(qiáng)的知識在生產(chǎn)的創(chuàng)新能力,才能使理論知識與生活實(shí)踐相結(jié)合,從而更好地發(fā)揮理論指導(dǎo)實(shí)踐的作用；更好的了解了數(shù)字電路的構(gòu)成和工作原理,更深層次的理解了書本上的理論知識,激起了我對數(shù)字電子電路的濃厚興趣。切身感受到團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性,隊(duì)友之間要合作,團(tuán)結(jié)一致才能更好地克服困難,分析和解決問題。在這次實(shí)踐中也使我認(rèn)識到自身的優(yōu)點(diǎn)和不足,在實(shí)踐中我擅長動(dòng)手實(shí)踐,而在理論分析方面有所不足,理論知識掌握的不牢固。同時(shí)對我們的每一個(gè)隊(duì)友來說都意識到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對實(shí)驗(yàn)的成敗起了重要作用。這次實(shí)踐活動(dòng)加強(qiáng)了我的動(dòng)手實(shí)踐能力,加深了我對理論知識的理解,增進(jìn)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,認(rèn)識到自身不足,對我今后更加努力的學(xué)習(xí)彌補(bǔ)不足,提高自身素質(zhì),增進(jìn)信心起了很大作用。最后感在這次課程實(shí)踐活動(dòng)中給予耐心指導(dǎo)以及在設(shè)計(jì)中給出的寶貴建議和意見的指導(dǎo)老師胡老師,還有在這次實(shí)踐中默契合作的搭檔。再次對他們致以深深的感。6.參考文獻(xiàn)[1]谷樹忠,文洲,航.AltiumDesigner教程[M].：電子工業(yè),2010.[2]邱關(guān)源,羅先覺.電路〔第五版[M].：高等教育,2006.[3]君里,為理.信號與系統(tǒng)〔第三版[M].：高等教育,2011.[4]長海,天鵬,翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)[M].：大學(xué),2012.[5]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].：高等教育,2005.7.附件7.1電路原理圖電路原理圖如圖7所示。圖7電路原理圖7.2PCB布線圖PCB布線圖如圖8所示。圖8PCB布線圖7.3實(shí)物拍圖安裝完成后實(shí)物拍圖如圖9所示。圖9實(shí)物拍圖7.4元器件清單元器件清單如表1所示。表1元器件清單名稱功能個(gè)數(shù)74LS192可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)