數(shù)電課程設(shè)計---交通指示燈

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 說 明 書</p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) </p><p>　　設(shè)計題目： 交通指示燈 </p><p>　　院 系： 電子信息與電氣工程學院 </p><p>　　學生姓名：

2、</p><p>　　學 號： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2011年5月26日</p><p>　　

3、課 程 設(shè) 計 任 務 書</p><p><b>　　交通指示燈</b></p><p>　　摘 要： 用555定時器構(gòu)成的多些振蕩器來控制產(chǎn)生周期為一秒的脈沖信號，用兩片74LS192N可逆十進制計數(shù)器實現(xiàn)倒計時功能，在倒計時顯示方面用74LS192N 及74LS247N來實現(xiàn)倒計時，用74LS247N接共陽極數(shù)碼管來實現(xiàn)譯碼顯示功能。其中，第一片74LS192

4、N的預置數(shù)從高到低依次接0011（對應的十進制數(shù)為3），第二片74LS192N的預置數(shù)從高到低依次接0000（對應的十進制數(shù)為0）。要注意的是與74LS247N相連的數(shù)碼管是共陽極的。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 555計時器；共陽極；芯片；預置數(shù) </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計背景 ………

5、……………………………………………………………1</p><p>　　1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成…………………………………………1</p><p>　　1.2掌握時鐘電路的作用及基本構(gòu)成…………………………………………1</p><p>　　2.設(shè)計方案……………………………………………………………………1</p><p>　　2.1

6、任務分析……………………………………………………………………1</p><p>　　2.2方案論證……………………………………………………………………2</p><p>　　3.方案實施 …………………………………………………………………2</p><p>　　3.1原理圖設(shè)計…………………………………………………………………2</p><p&g

7、t;　　3.2電路仿真……………………………………………………………………4</p><p>　　3.3 PCB制作 ……………………………………………………………………6</p><p>　　3.4安裝與調(diào)試…………………………………………………………………7</p><p>　　4.結(jié)果與結(jié)論…………………………………………………………………7</p>

8、;<p>　　5.收獲與致謝…………………………………………………………………8</p><p>　　6.參考文獻……………………………………………………………………8</p><p>　　7.附件 …………………………………………………………………………9</p><p>　　7.1電路原理圖…………………………………………………………………9<

9、;/p><p>　　7.2 PCB布線圖 ………………………………………………………………10</p><p>　　7.3元器件清單………………………………………………………………10</p><p><b>　　1. 設(shè)計背景</b></p><p>　　1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成</p><p

10、>　　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)字信號再進行處理。在設(shè)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(shè)計合適的輸入接口電路。在交通指示燈的設(shè)計中要了解74LS192N和74LS247N

11、接法及工作性質(zhì)。</p><p>　　1.2掌握時鐘電路的作用及基本構(gòu)成</p><p>　　時鐘電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的靈魂，它屬于一種控制電路，整個系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時鐘電路包括主時鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的 555 多諧振蕩電路，數(shù)字頻率計中的基準時間形成電路等都屬于時鐘電路。設(shè)計時鐘電路，應根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時鐘的頻率

12、，并注意與其他控制信號結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時鐘脈沖。</p><p>　　此次課程設(shè)計所選的項目交通指示燈，用到的是由555構(gòu)成的脈沖頻率為1Hz（即周期為一秒）的多諧振蕩器，用以控制可逆十進制計數(shù)器74LS192N的倒計時控制端，讓其實現(xiàn)倒計時功能。該多諧振蕩電路，由555集成芯片和兩只47K的電阻外加兩個10uF的極性構(gòu)成，在經(jīng)過仿真驗證后，其脈沖頻率確為1Hz，符合設(shè)計所要求的脈沖頻率。</p>

13、;<p><b>　　2. 設(shè)計方案</b></p><p><b>　　2.1任務分析</b></p><p><b>　　設(shè)計要求：</b></p><p>　　1、設(shè)計制作一個十字路口的交通指示燈簡易控制電路；</p><p>　　2、紅燈亮時表示停止，綠燈

14、亮時表示通行，兩條路線上通行和停止時間為30秒；</p><p>　　3、通行和停止時間用數(shù)碼管顯示，采用倒計時方式。 </p><p>　　此電路主要包括四部分：第一部分信號產(chǎn)生電路是由NE555構(gòu)成的脈沖周期為一秒的多諧振蕩器，用其產(chǎn)生的連續(xù)脈沖信號控制第二部分的可逆十進制計數(shù)器74LS192N，該脈沖信號接入74LS192N的倒計時控制端CNT DWM端，讓其實現(xiàn)倒計時功能。第二部分

15、倒計時控制電路需要用到兩片74LS192N，接入脈沖信號的74LS192N的預置數(shù)為0000，由該芯片的借位輸出端TC DWN控制第二片74LS192N（該芯片的預置數(shù)為0011）的倒計時控制端，用于實現(xiàn)當個位由九變?yōu)榱銜r，十位減少一，從而實現(xiàn)倒計時30秒的功能。第二部分的兩個芯片的預置數(shù)控制端和預置數(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，兩個芯片返回為預置數(shù)，即重新從30秒開始倒計時。第三部分為譯碼顯示部分，

16、由兩片74LS247N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。第四部分為74LS74控制的紅綠燈顯示部分，由預置數(shù)為0011的74LS192N的借位輸出端TC DWN作為此芯片的輸入控制端，該部分的基本部分為由D觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器，每倒計時30秒后其輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，接在兩個輸出端紅綠燈翻轉(zhuǎn)</p><p><b>　　2.2方案論證</b></p><

17、p>　　頻率為1Hz時鐘脈沖電路用555定時器接成多諧振蕩器來實現(xiàn)。倒計時控制電路由兩片十進制可逆計數(shù)器74LS192N實現(xiàn)倒計時30秒功能，譯碼顯示電路采用兩片74LS247N譯碼器外接兩個共陽極七段數(shù)碼管實現(xiàn)譯碼顯示功能，紅綠燈控制電路由一片74LS74接成的T觸發(fā)器控制兩對紅綠燈的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　3. 方案實施</b></p><p&g

18、t;<b>　　3.1原理圖設(shè)計</b></p><p>　　選擇合適的數(shù)字器件，應用DXP或其他EDA軟件繪制各單元的邏輯電路圖。</p><p>　　1.用555定時器設(shè)計的多諧振蕩器下圖所示：</p><p><b>　　. </b></p><p>　　2、倒計時控制電路：</p>

19、;<p><b>　　3、譯碼顯示電路：</b></p><p>　　4、紅綠燈控制電路：</p><p><b>　　3.2電路仿真</b></p><p>　　在各單元電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，用EDA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)整體進行仿真，驗證

20、設(shè)計的正確性。</p><p>　　用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率理論值為1Hz，電路仿真的結(jié)果為1Hz</p><p>　?。?）Multisim中的電路仿真圖：</p><p>　?。?）示波器顯示的555多諧振蕩器輸出的頻率為1Hz的脈沖波形圖：</p><p><b>　　3.3 PCB制作</b>&l

21、t;/p><p>　　根據(jù)Multisim中的仿真圖用EDA軟件Altium Designer中畫出電路原理圖，在確定合理的元器件封裝后，導入到PCB設(shè)計環(huán)境中，在層堆管理中設(shè)置為單層板，在PCB制作過程中根據(jù)模塊化設(shè)計理念合理布置元器件，力圖實現(xiàn)設(shè)計的美觀和元器件布置的緊湊，以及布線的最優(yōu)化。地線和電源線即VCC 和GND采用0.8毫米線寬布線，信號線采用0.6毫米線寬布線，當導線通過兩個焊盤之間時切換到0.4毫米

22、線寬布線，焊盤采用X方向2.0毫米，Y方向1.6毫米。在經(jīng)過多次修改和調(diào)整后并綜合指導教師意見，確定了最終布局以及PCB板的大小，然后打印輸出制成印刷電路板。</p><p><b>　　3.4 安裝與調(diào)試</b></p><p>　　PCB布線完成之后，可以制作電路板，制作電路板我們采用腐蝕工藝制作，用裝有直徑為0.8mm的轉(zhuǎn)孔機對電路板的過孔進行打孔操作，然后用紗

23、布對電路板鍍銅的一面進行打磨，這樣可以使電路板顯得整潔美觀，然后在鍍銅的一面上涂上松香，這樣可以防止銅被氧化，同時可以使焊接更加容易而且焊點美觀。</p><p>　　接下來，就是對元器件的焊接了。在電路板制作完成后，將所需要的元器件放到每個元器件所在的封裝的位置，放置完成檢查無誤后進行焊接。一般情況下在焊接時我們按照元器件由小到大進行焊接。在焊接時應注意控制焊錫的量度，即不能太多也不能太少，要恰好能覆蓋焊盤，不

24、能溢出。焊接完成之后就可以接通電源進行調(diào)試，調(diào)試主要是檢查電路能否正常工作，如果不能工作，就需要檢查原理圖是否正確和電路板的焊接是否有問題，最終要把問題解決。 接上電源后發(fā)現(xiàn)電路能夠正常工作，紅綠燈變化正常，數(shù)碼管顯示倒計時30秒正常，達到設(shè)計要求。</p><p><b>　　4. 結(jié)果與結(jié)論</b></p><p>　　在設(shè)計電路圖的過程中經(jīng)過了多次分析和仿真驗證

25、，并結(jié)合所給的器件清單最后確定了需要哪些元器件來實現(xiàn)電路的功能，并且保證了所需要的元器件在所給出的器件清單的限制之內(nèi)。在經(jīng)過Mulitisim軟件多次仿真和修改后，在仿真電路圖實現(xiàn)設(shè)計要求的前提下確定了最終的原理圖。然后在EDA設(shè)計軟件DXP中畫出來對應的原理圖，再導入到PCB設(shè)計環(huán)境中，進行PCB設(shè)計。在經(jīng)過小組內(nèi)多次討論和聽取指導教師意見后確定了PCB的最終布局，布線完成后打印輸出制成印刷電路板。將所用到的元器件放到相應的封裝位置，

26、檢查無誤后進行焊接。焊接完成后，接入電源后，數(shù)碼管顯示30秒倒計時正常，紅綠燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換正常，電路能夠正常工作并得到了指導教師的肯定。</p><p>　　總體上來說，電路布局合理，采用了模塊化的布局方式即先布局各個功能模塊，再將各個功能模塊連接在一起組成最終的電路，但是電路還是存在一定的不合理之處，在合理布局和美觀方面存在一些沖突，功能模塊之間的布局略顯寬松，但功能模塊內(nèi)的布局較為合理。該電路的最大的一個缺點就是

27、并未布置開關(guān)，雖然這個問題可以用外接電源模塊上的開關(guān)來加以彌補，但其仍為該電路不可忽視的缺點。</p><p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　這次時間為兩個星期的課程設(shè)計試驗大大培養(yǎng)了我的動手能力和同學間的相互合作精神。經(jīng)過此次數(shù)電課程設(shè)計培養(yǎng)了我的思考能力和動手能力，并學會了如何將從課本上學習到的知識轉(zhuǎn)化到實際應用當中，并且在指導老師的精

28、心指導之下掌握了Mulitisim和EDA設(shè)計軟件DXP的基本操作，為以后熟練運用上述軟件打下了堅實的基礎(chǔ)。另外通過此次課程設(shè)計讓我再次體會到團隊合作的重要性，小組內(nèi)成員能夠積極參與，積極討論，分工合作，每個人都認真設(shè)計了一個相應的模塊，并在各個模塊設(shè)計完成后在組內(nèi)進一步討論，以確保模塊的最優(yōu)化和合理化，并在該過程中聽取了指導教師的意見，最后討論敲定最終設(shè)計，每個小組成員都為課程設(shè)計的最終成功完成做出了不可磨滅的貢獻。這次課程設(shè)計要特別

29、感謝XXX老師的耐心輔導以及在設(shè)計中給出的寶貴建議和意見，在此我表示深深的感謝！</p><p><b>　　6. 參考文獻</b></p><p>　　[1]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005. </p><p>　　[2]臧春華.電子線路設(shè)計與應用[M].北京:高等教育出版社,2005.</p>&

30、lt;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]閻 石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005.</p><p>　　[5]張陽天 韓異凡Protel DXP電路設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2005. </p><p><

31、;b>　　7. 附件</b></p><p><b>　　7.1 電路原理圖</b></p><p>　　7.2 PCB布線圖</p><p>　　7.3 元器件清單：</p><p>　　NE555N定時器一片 74LS192N 2 片</p><p>　　7