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1、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： 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师：,2013 年6 月6 日,成绩,1,1,课 程 设 计 任 务 书,2,交通指示灯设计,摘要：设计制作一个十字路口交通指示灯的简易控制电路，红灯亮表示停 止通行，绿灯亮表示通行，通行和停止时间各为 30s，并用七段数码管进行 倒计时显示剩余时间。脉冲信号用 555 定时器构成的多谐振荡电路来产生。 74LS192 可逆十进制计数器的减法功能和 74LS47 译码器构成译码电路来实 现电路的减法计数。两个共阳极数码管来显示译码电路实现的减法计数。 74LS74 正沿触发
2、双 D 型触发器实现交通灯的交替变换。两组发光二极管来 显示红绿灯的变化，整个电路采用 5V 电源供电。利用 Multisim 对设计的电 路进行仿真和 Altium Designer 进行 PCB 设计制作。通过指导老师进行检查 并制板，完成安装与调试。 关键词：555 定时器；译码器；计数器；数码管；LED,3,目录 1. 设计背景1 1.1 社会背景1 1.2 专业背景1 2. 设计方案1 2.1 任务分析1 2.2 方案论证2 3. 方案实施2 3.1 原理图设计2 3.2 电路仿真4 3.3 PCB 制作5 3.4 安装与调试5 4. 结果与结论6 5. 收获与致谢6 6. 参考文献
3、7 7. 附件7 7.1 电路原理图7 7.2 PCB 布线图8 7.3 实物拍图8 7.4 元器件清单9,11,1. 设计背景 社会背景 机动化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。城市交通基础 设施供给滞后于高速机动化增长需求，道路堵塞日趋严重，交通事故频繁。于此， 科技也在不断的发展，同时电子技术的应用几乎无处不在，大到工业生产的电子 控制，自动化生产等，小到日常生活的电子屏幕，广告灯具等。尤其是在交通系 统中更是无法或缺，为人们安全行车，舒畅交通起着日趋重要的作用。 专业背景 自动化专业是信息产业领域的一门新兴学科，广泛应用于工业、农业、国防 等领域，在国民经济中发挥着越来越
4、重要的作用。专业体现了强弱电结合、电工 电子技术相结合、软件与硬件相结合，具有交叉学科的性质，电力、电子、控制、 计算机多学科综合，使毕业生具有较强的适应能力，是“宽口径”专业。我们学 校对学生的专业能力，动手实践能力极为重视，在这样的背景下，学校和学院的 领导及老师开展了本次课程实践活动，提高我们把所学理论应用于实际生活的创 造和创新能力，着重培养了我们的动手实践的能力。 2. 设计方案 2.1 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，每个状态应该保持一 定的时间，来确定十字路口车辆和行人的安全通行，并且这两个状态可以自动切 换。为了使交通灯控制器在每个状态按规定的时间正常
5、工作，需要设置秒脉冲发 生电路，它既可以作为整个电路的时钟信号，又可以作为倒计时电路的时间信号。 为了能够进行时间倒计时，需设置定时电路，它接受外部提供的秒基准信号。并 且控制电路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。 经以上分析可知，交通灯控制器可以由秒脉冲产生模块、倒计时和译码显示 模块、指示灯驱动模块等组成。,2.2 方案论证 第一脉冲产生模块。可以由 555 定时器构成多谐振荡器用来产生秒脉冲，2 个 48K 电阻和 2 个电容分别为 10uF、10nF，一起构成的周期为一秒的时钟周期 发生器，为电路提供时钟信号。 第二倒计时和译码显示模块。主要由计数器、显示译码
6、器和数码管组成，数 码管采用共阳极七段数码管，显示译码器和数码管配合使用构成显示电路。有 74LS192 构成倒计时电路，74LS47 和共阳极七段数码管构成显示电路。 第三指示灯驱动模块。用 74LS74 来驱动 LED 红绿灯，使红灯和绿灯与倒 计时显示模块相互配合，指示每条道路的通行状态。 由以上几个模块电路构成的电路可以实现交通灯设计要求。 3.方案实施 3.1 原理图设计 第一、时钟电路设计 时钟电路由 555 定时器构成的多谐振荡器实现，电路由 2 个 48K 的电阻、1 个 10nF 和 1 个 10uF 的电容、555 定时器构成。多谐振荡器电路图如图 1 所示。,图 1 多谐
7、振荡器电路图 第二、显示电路设计 显示电路由 74LS192N 和 74LS47N 组成，驱动数码管正常工作。将多谐振 荡电路所产生的周期性脉冲信号接入计数器实现计数器的减法功能，再将计数器 与译码器连接起来，再将信号接入数码管，使数码管显示倒计时。倒计时电路如,22,图 2 所示、数码管驱动电路如图 3 所示。,图 2 倒计时电路,图 3 数码管驱动电路 第三、指示灯驱动电路 由 74LS74 来驱动红绿灯。本模块由 4 个 100 的电阻、2 个绿色 LED 灯和 2 个红色LED 灯构成。指示灯驱动电路图如图 4 所示。,33,图 4 指示灯驱动电路,图 5 仿真图,44,3.2 电路仿
8、真 在各模块电路设计的基础上，按照总体电路图在仿真软件 Multisim 上选择 芯片并进行连接，然后启动开关观察。根据红绿灯亮灭情况及倒计时装置情况判,断电路是否正常。仿真结果符合要求。仿真图如图 5 所示。 3.3 PCB 制作 在布线前要在.Altium Designer 中完成对元件的封装。由于一个器件可能有 多个封装，所以封装时应根据所给元件的类型选择合适的封装，然后对各个元件 进行封装。封装完成后，把原理图导入 PCB 文件中，在对元件的位置进行手动 摆放，使尽量少的线重叠，以减少布线时跳线的出现。按要求设置电源线和地线、 焊盘等参数。合理布线，在尽量少的采用跳线下应整齐美观。PC
9、B 布线图如图 6 所示。,图 6 PCB 布线图,55,3.4 安装与调试 首先安装前做了必要的准备工作。检查了器件是否齐全、电路板是否存在断 线和短路现象、准备焊接工具、标记正负极和集成器件的方向防止错误连接。经 检查发现电路板有部分短路，决定用焊锡和导线进行补救，其他正常。 然后开始安装，将器件及底座插入电路板并检查是否有错，经检查没有安装 错误，开始焊接，在焊接过程中发现有些焊盘或导线相距比较近，所以焊接需要 格外小心防止短路，焊接时间也要控制好防止因为过热把板子烧坏。焊接完成再 次检查，没有错误焊接，安装正确。 安装完成，开始调试。接通电源发现电路未工作，用万用表检查后发现六脚 开关
10、设置错误，然后改正，继续调试。电路仍不能工作，最后向指导老师胡万里,66,老师寻求帮助，经指导老师检查后电路没有问题，但调试后还是不能正常工作。 4. 结果与结论 按设计好的原理图进行仿真，电路符合要求。将原理图数据导入 PCB 文件 中进行PCB 设计，以尽可能少的跳线（最多不超过 5 根）对PCB 进行布局，然 后进行布线并进行电气规则检查合乎要求，有 4 根跳线。在制版过程中，错在一 些错误，线路被浊蚀形成短路，后经补救解决，最后完成安装。加上 5V 电源， 电路不能正常工作，多次调试后，问题仍没有得到解决。 5 收获与感谢 通过这次课程设计实践活动我收获良多，也得到了许多老师的耐心指导
11、和同 学的帮助。在这次课程实践活动中让我对电子设计方面的软件（如 Multisim、 Altium Designer）的使用更加熟练，了解到理论应用到实际生活中也需要很强的 知识在生产的创新能力，才能使理论知识与生活实践相结合，从而更好地发挥理 论指导实践的作用；更好的了解了数字电路的构成和工作原理，更深层次的理解 了书本上的理论知识，激起了我对数字电子电路的浓厚兴趣。切身感受到团队合 作精神的重要性，队友之间要精诚合作，团结一致才能更好地克服困难，分析和 解决问题。在这次实践中也使我认识到自身的优点和不足，在实践中我擅长动手 实践，而在理论分析方面有所不足，理论知识掌握的不牢固。同时对我们的
12、每一 个队友来说都意识到严谨的态度对实验的成败起了重要作用。这次实践活动加强 了我的动手实践能力，加深了我对理论知识的理解，增进了团队协作精神，认识 到自身不足，对我今后更加努力的学习弥补不足，提高自身素质，增进信心起了 很大作用。 最后感谢在这次课程实践活动中给予耐心指导以及在设计中给出的宝贵建 议和意见的指导老师胡老师，还有在这次实践中默契合作的搭档。再次对他们致 以深深的感谢。,6. 参考文献 1谷树忠，刘文洲，姜航.Altium Designer 教程M.北京：电子工业出版社，2010. 2邱关源，罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006. 3郑君里，杨为理.信号与系统（第三版）M.北京：高等教育出版社，2011. 4秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术M.北京：北京大学出版社，2012. 5童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005.,7. 附件 7.1 电路原理图 电路原理图如图 7 所示。,图 7 电路原理图,77,7.2 PCB 布线图 PCB 布线图如图 8 所示。,图 8 PCB 布线图 7.3 实物拍图 安装完成后实物拍图如图 9 所示。,图 9 实物拍图,88,99,7.4 元器件清单 元器件清单如表 1 所示。 表 1 元器件清单,1,
