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1、 课 程 设 计 说 明 书课程名称：数字电子技术、模拟电子技术设计题目： 交通指示灯 院 系： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 专业班级： 通信工程 2010 级 指导教师： 2012 年 5 月 25 日 课 程 设 计 任 务 书设计题目 交通指示灯学生姓名 所在院系 电子信息与电 气工程学院 专业、年级、 班 通信工程 2010级设计要求：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，通行间和停止时各 30 秒；3、通行和停止时间用数码管显示，采用倒计时方式。学生应完成的工作：设计交通指示灯的工作原理，并利用 Multisim 软件进
2、行电路仿真。然后绘制电路原理图，并设计制作电路板。根据设计原理对电路进行安装调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。参考文献阅读：1 童诗白.模拟电子技术基础M .北京：高等教育出版社， 2005. 2 臧春华.电子线路设计与应用M .北京：高等教育出版社， 2005.3 邱关源，罗先觉.电路（第五版）M .北京：高等教育出版社， 2006.4 阎 石.数字电子技术（第五版）M .北京：高等教育出版社， 2005.5 张阳天，韩异凡.Protel 电路设计M .北京：高等教育出版社， 2005.工作计划： 5 月 14 号16 号完成原理图的设计；5 月 17 号18 号进行 PCB 设计
3、；5 月 21 号23 号制作PCB 板；5 月 24 号25 号电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期： 2012 年 5 月 14 日任务完成日期： 2012 年 5 月 25 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 交通指示灯摘 要：设计制作一个十字路口交通指示灯简易控制电路，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，通行和停止时间用数码管显示，采用倒计时方式。脉冲信号用 555 定时器构成的多谐振荡电路来产生的。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。7
4、4LS74 正沿触发双 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 5 伏电源供电。利用Multisim 对设计的电路进行仿真，可以得到交通指示灯控制电路。关键词：555 定时器；译码器；计数器；电路仿真目 录1. 设计背景11.1 社会背景11.2 专业背景12. 设计方案12.1 任务分析12.2 方案论证13. 方案实施23.1 原理图设计23.2 电路仿真43.3 PCB 制作 53.4 安装与调试64. 结果与结论 65. 收获与致谢66. 参考文献77. 附 件77.1 电路原理图77.2 PCB 布线图 87.3 元器件清单90 1. 设计背
5、景1.1 社会背景随着“数字化”的浪潮席卷几乎一切领域。由于电子产品更新的快，新产品开发速度日新月异 ，所以对数字电子技术的设计提出了更高的要求，促进了数字化的飞速发展。数字电路的设计过程和方法也在不断的发展和完善。通过这次课程设计主要是：了解基本的数字电路知识，学习基本的集成元件的连接方法，以掌握电子设计的基础知识，并且运用这些知识设计交通指示灯电路。了解基本的集成芯片并且运用之以根据要求设计交通指示灯电路。1.2 专业背景电气工程及其自动化专业是电气信息领域的一门新兴学科，它的触角伸向各行各业，小到一个开关的设计，大到宇航飞机的研究，都有它的身影，已经成为高新技术产业的重要组成部分，广泛应
6、用于工业、农业、国防等领域，在国民经济中发挥着越来越重要的作用。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。还有现在我们学校正处在发展过程中，有着很强的生命力和活力。为了使学生能够适应当今时代的发展，在学校的大力支持和系里老师的领导下开展了这次数电课程设计，从而培养我们的独立分析，处理解决问题的能力，加强学生之间的团结。2. 设计方案2.1 任务分析根据课程设计要求，分析可知，555 定时器产生矩形脉冲，用计数器和译码器实现置数，控制数码管进行倒计时工作，用 D 触发器来实现红
7、绿灯的变化。2.2 方案论证第一，脉冲的产生。由 555 定时器、2 个电阻和 2 个电容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。1 第二，计数的实现。采用 74LS192 实现，脉冲信号接入 74LS192 的倒计时控制端 CNT DWM 端，让其实现倒计时功能。第二部分倒计时控制电路需要用到两片 74LS192，接入脉冲信号的 74LS192 的预置数为 0000，由该芯片的借位输出端 TC DWN 控制第二片 74LS192（该芯片的预置数为 0011）的倒计时控制端，用于实现当个位由九变为零时，十位数值减少一，从而实现倒计时 30 秒的功能。第二部分的两个芯片的预置数
8、控制端和预置数为 0011 的芯片的借位输出端连在一起，用于实现每倒计时 30 秒后，两个芯片返回为预置数，即重新从30 秒开始倒计时。第三，译码显示部分。由两片 74LS47 实现译码功能，再由两个七段共阳极数码管实现显示输出功能。第四，红绿灯交替显示。由预置数为 0011 的 74LS192 的借位输出端 TC DWN 作为此芯片的输入控制端，该部分的基本部分为由 D 触发器构成的 T 触发器，每倒计时 30 秒后其输出状态翻转一次，接在两个输出端红绿灯翻转一次。由以上四个基本部分构成的电路即可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。 555 多谐自激振荡集
9、成电路制成，与两个 48 千欧电阻和一个 10uf 电容还有一个 0.01uf 电容一起构成周期为一秒的时钟周期发生器，为电路提供时钟信号，支持整个电路的工作。555 定时器的引脚图如 1 图所示，用 555 定时器接成的多谐振荡器如图 2 所示。2 图 1 555 定时器的引脚图图 2 用 555 定时器接成的多谐振荡器 第二、显示电路设计由 74LS192N 计数器和 74LS47N 译码器组成,用以驱动数码管正常工作，其中可逆计数器用减法的，并且在时钟电路的控制下让数码管工作，进行倒计时。我们将振荡电路所产生的周期性脉冲信号接入计数器的 14 引脚从而实现计数器的减法功能，再将计数器与译
10、码器连接起来最终构成部分，再将信号接入数码管，使数码管显示倒计时。显示电路如下图 3 所示。其中 74LS192 是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除3 和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下图 4、图 5 所示。图 3 显示电路图图 4 74LS192 引脚排列图4 图 5 74LS192 逻辑符号图图中： 为置数端， 为加计数端， 为减计数端， 为非同步进位输出端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3 为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3 为数据输出端表 1 74LS192 功能表输入 输出MR PLCPU CPD P3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q
11、1 Q01 0 0 0 00 0 d c b A d c b a0 1 1 加计数0 1 1 减计数3.2 电路仿真在各单元电路设计的基础上，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。将电路在 Multisim 上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，然后打开 Multisim 的开关，根据红绿灯亮灭情况及示倒计时装置情况判断电路是否正常。通过仿真，我们的电路原理图无误。5 图 6 仿真图3.3 PCB 制作在布线前要在 Altium Designer 中完成对电路图个元件的封装。在封装时，要注意，因为对于同一个元件可能又多种封装方式。封装时根据所给元
12、件的类型选择合适的封装对各个元件进行封装。封装完成后，把原理图导入 PCB 板。导入PCB 板后，再对元件的位置重新手动摆放，使尽量少的线重叠，以减少布线时的跳线出现。按照要求采用电源闲和地线要求采用 0.8mm 或是 0.6mm,如果从两个焊盘中间穿过时用 0.4mm 或 0.3mm。信号线采用 0.5mm，如果从两个焊盘中间穿过时用 0.4mm 或 0.3mm。焊盘的内径用 0.8mm 或 0.85mm。外径根据需要进行修改，一般为 X 方向 1.6 mm，Y 方向 2.0mm，或是 X 方向 2.0 mm，Y 方向1.6mm。合理布线，在尽量少的采用跳线下应整齐美观。至此完成了 PCB
13、的制作。3.4 安装与调试6 在电路的安装过程中注意元器件特别是发光二极管是否接反，电路焊制过程中焊锡千万不要与铜融合以防止短路，电路完成安装后，进行第一次调试，发现电路工作不理想，仔细检查后发现电路中存在断路，用跳线把断开处焊接好之后，用万用表测时后发现电路断开处正常工作。进行第二次调试，发现电路不稳定，用万用表调试后发现电路中存在短路。认为是铜和焊锡的少量融合，于是吸锡后重新焊接，进行调试后发现问题得到解决，第三次调试时发现，电路显示模块不工作，进行若干次修改，问题仍没得到解决。4. 结果与结论将弄好的 PCB 版图进行元器件的排放，在尽量少用跳线的指导下进行布线工作，最终做出下面的图。再
14、根据做好的 PCB 图来进行制板工作，最终制成一块合适的电路板。再在所做的电路板上进行元器件的焊接工作，焊接完后进行电路的检查，看所焊电路板电路是否正常工作。最后加上 5v 电压后，电路显示模块不工作，进行若干次修改，问题仍没得到解决。5. 收获与致谢这次为期两个星期的数字电路实习，让我受益匪浅。不仅让我更好的熟悉和使用 Altium Designer 软件，更加深了我对数字电路原理的理解。另外，我更切身体验到做事与做学问的区别，团队团结一致共同克服困难的氛围和做实验要严谨的准则让我对以后的工作学习有了新的展望。这次课程设计我深刻意识到细心的重要性。也许是第一次做数电课程设计，难免会遇到各种各样的问题，而且我深刻的认识到在设计的过程中自己的不足之处，对以前所学过的知识认识得不够深刻，掌握得不够牢固，理解的不够透彻。总体来说,这次实习使我受益匪浅。在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程,培养了我的设计思维,
