課程設(shè)計(jì)--交通指示燈電路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　題 目： 交通指示燈電路設(shè)計(jì) </p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) </p><p>　　學(xué) 院：電子信息與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： &

2、lt;/p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　20 年 月 日</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任

3、 務(wù) 書(shū)</p><p><b>　　交通信號(hào)燈電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘 要：本次設(shè)計(jì)的都是交通信號(hào)燈的電路設(shè)計(jì)，該電路能形成30秒的紅燈和綠燈的交替，使紅燈停綠燈行得以交通的“指揮”。該電路由三部分組成：多謝振蕩器模塊、倒計(jì)時(shí)和譯碼顯示模塊、指示燈驅(qū)動(dòng)模塊。運(yùn)用兩片十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192、555計(jì)時(shí)器和兩片74LS47觸發(fā)器，做成30進(jìn)制倒

4、數(shù)計(jì)數(shù)器。從而，數(shù)碼管從30開(kāi)始計(jì)數(shù)，個(gè)位由0開(kāi)始，向十位借一，十位變?yōu)?，個(gè)位從9變?yōu)?，然后再向十位借一。由此，當(dāng)十位變?yōu)?，個(gè)位變?yōu)?時(shí)，向LED燈輸出一個(gè)信號(hào)，此時(shí) ，LED燈變色。按照此規(guī)律，就可進(jìn)行對(duì)交叉路口的交通指揮。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 倒計(jì)時(shí)；30進(jìn)制；紅燈；綠燈</p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

5、t;p>　　1.設(shè)計(jì)背景…………………………………………………1</p><p>　　1.1課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐………………………………………1</p><p>　　1.2數(shù)字系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法……………………………1</p><p>　　1．3數(shù)字系 設(shè)計(jì)的基本流程.…………………………1</p><p>　　2.設(shè)計(jì)方案………………………

6、…………………………2</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………2</p><p>　　2.2任務(wù)分析……………………………………………… 2</p><p>　　3方案實(shí)施…………………………………………………3</p><p>　　3.1電路的模塊設(shè)計(jì)………………………………………3</p>&

7、lt;p>　　3.2電路的PCB制作………………………………………6</p><p>　　3.3 安裝與調(diào)試……………………………………………………6</p><p>　　4結(jié)果和結(jié)論………………………………………………7</p><p>　　4.1實(shí)踐結(jié)果………………………………………………7</p><p>　　4.2實(shí)踐總結(jié)………

8、………………………………………7</p><p>　　5收獲與致謝………………………………………………8</p><p>　　6參考文獻(xiàn)…………………………………………………8</p><p>　　7附件………………………………………………………8</p><p>　　7.1所使用的電子器件清單………………………………… 8</p>

9、;<p>　　7.2原理圖的實(shí)物圖…………………………………… 9</p><p>　　7.3電路圖的PCB制圖………………………………………… 9</p><p>　　7.4實(shí)踐實(shí)物圖………………………………………………… 10</p><p><b>　　1. 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　1.

10、1 課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐</p><p>　　本次課程實(shí)踐活動(dòng)，是學(xué)校精心為學(xué)生安排的一個(gè)綜合程度高、實(shí)踐性強(qiáng)的把理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際的活動(dòng)。本學(xué)期，我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，Altium Designer軟件。而此次的課程設(shè)計(jì)就包含了這四項(xiàng)課程的練習(xí)，并且在后面的焊接過(guò)程中，又復(fù)習(xí)了一下大二上學(xué)期學(xué)習(xí)的焊接技術(shù)。因而，此次實(shí)踐活動(dòng)是一次綜合程度高，實(shí)踐性強(qiáng)的一次特殊訓(xùn)練，更有利于大學(xué)生以后的實(shí)踐動(dòng)手能力和對(duì)

11、問(wèn)題的綜合性考慮及分析認(rèn)識(shí)。</p><p>　　1.2 數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法</p><p>　　由于數(shù)字電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度也相應(yīng)提高，利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的雙核機(jī)的要求。目前有很多種設(shè)計(jì)方法，經(jīng)常采用自項(xiàng)向下的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　自項(xiàng)向下的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單講就是從整體到局部、最后到細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，即設(shè)計(jì)者先從

12、數(shù)字系統(tǒng)的整體功能出發(fā)，進(jìn)行最頂層的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后將整個(gè)系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，再將每個(gè)子系統(tǒng)分成若干功能模塊，功能模塊還可分成子功能模塊，直至分成許多可以有最基本的邏輯功能部件實(shí)現(xiàn)小功能模塊。</p><p>　　在自項(xiàng)向下的設(shè)計(jì)過(guò)程中，最重要的是將整個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)劃分成控制電路和若干數(shù)據(jù)處理電路，數(shù)據(jù)處理電路一般都有現(xiàn)成的邏輯功能模塊，因而系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制電路，控制邏輯關(guān)系最為復(fù)雜，是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)

13、計(jì)中的關(guān)鍵。</p><p>　　1.3 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程</p><p>　　一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從提出任務(wù)到完成設(shè)計(jì)，主要包括任務(wù)分析、確定總體方案、系統(tǒng)功能劃分、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)等幾個(gè)步驟，基本流程如圖1-3所示</p><p>　　圖1-3數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本流程</p><p>　　任務(wù)分析，明確設(shè)計(jì)要求。在開(kāi)始對(duì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)

14、計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行充分調(diào)研，深入了解該系統(tǒng)的功能、性能指標(biāo)、工作環(huán)境等，明確系統(tǒng)的輸入信號(hào)有哪些，輸出信號(hào)有哪些，對(duì)輸入和輸出信號(hào)有什么要求等，只有在明確設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行該系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　確定系統(tǒng)的總體方案。對(duì)于一個(gè)具體數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可能有多種不同的設(shè)計(jì)方案，方案的優(yōu)劣直接影響了整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的的質(zhì)量，因此，要從系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理、性能、成本、可靠性等方面來(lái)綜合考慮，最終確定設(shè)

15、計(jì)方案。</p><p>　　系統(tǒng)功能劃分。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案確定后，可以根據(jù)所要設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)的特點(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)，一般可分為控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。</p><p>　　邏輯設(shè)計(jì)。把功能模塊所描述的邏輯功能進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，詳細(xì)的給出實(shí)現(xiàn)該邏輯功能的硬件描述和軟件描述。</p><p>　　物理設(shè)計(jì)。物理設(shè)計(jì)也成為電路設(shè)計(jì)，是用具體的電路結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)

16、功能模塊的邏輯功能</p><p><b>　　2. 設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的十字路口交通燈控制器。在十字路口，為了確保行人和車輛安全，在每個(gè)交叉口都設(shè)置了交通信號(hào)燈，交通信號(hào)燈由綠燈和紅燈組成，用以指示車輛和行人有序的通行，其中各條道路上的紅

17、燈表示該條道路禁止通行，綠燈亮 表示該條道路路允許通行。各條道路允許通行或禁止通行用數(shù)碼管顯示，</p><p>　　十字路口交通燈的工作情況為每條道路允許通行或禁止通行的時(shí)間都為30秒</p><p><b>　　2.2 任務(wù)分析</b></p><p>　　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)工作狀態(tài)應(yīng)保持一定的時(shí)間，來(lái)確保

18、十字路口車輛和行人的安全通行，并且這兩個(gè)工作狀態(tài)可以自行轉(zhuǎn)換。其中一個(gè)干道是綠燈，另一個(gè)干道是紅燈。</p><p>　　為了使交通燈控制器在每個(gè)狀態(tài)規(guī)定的時(shí)間正常工作，需要設(shè)置秒脈沖發(fā)生電路，它即可以作為整個(gè)電路的時(shí)鐘信號(hào)，又可作為倒計(jì)時(shí)電路的時(shí)間信號(hào)。為了能夠?qū)νㄐ袝r(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，需要設(shè)置30秒 定時(shí)電路，它接收外部提供的秒基準(zhǔn)信號(hào)。并且控制器在每個(gè)狀態(tài)運(yùn)行期間要發(fā)出控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)每條道路的指示燈。<

19、;/p><p>　　經(jīng)過(guò)以上分析可知，交通燈控制器可以由控制模塊、秒脈沖控制模塊、倒計(jì)時(shí)和譯碼顯示模塊、指示燈驅(qū)動(dòng)模塊等組成。</p><p><b>　　3. 方案實(shí)施</b></p><p>　　3.1 電路的模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　多諧振蕩器的設(shè)計(jì)。秒脈沖產(chǎn)生電路可以用多諧振蕩器產(chǎn)生，多諧振蕩器采用555定時(shí)器構(gòu)

20、成其電路圖如圖（1）。圖（1）中555定時(shí)器的1端接地，4端和8端接電源，5端通過(guò)10nF的電容地，7端通過(guò)電阻R1接電源，2端與6端接在一起，并通過(guò)電阻R2接7端、通過(guò)電容C接地，這樣便構(gòu)成了多諧振蕩器。如果電阻R1=R2=48kΩ，C=10uF，根據(jù)電路振蕩周期T=（R1+2R2）Cln2</p><p>　　可知，T=0.998S≈1S</p><p>　　圖（1）多謝振蕩器電路圖&

21、lt;/p><p>　　倒計(jì)時(shí)和譯碼顯示模塊。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。由于電路進(jìn)行30進(jìn)制減法計(jì)數(shù)，因此可以設(shè)計(jì)一個(gè)初值設(shè)定為30的減法計(jì)數(shù)器，.數(shù)碼管采用共陽(yáng)極數(shù)碼管，另外，顯示譯碼器和數(shù)碼管配合使用，以構(gòu)成顯示電路。如圖所示。圖（2）中74LS192為10進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，數(shù)碼管采用共陽(yáng)極數(shù)碼管，顯示驅(qū)動(dòng)電路采用74LS47.兩片74LS192構(gòu)成30進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。U為計(jì)數(shù)器10

22、位，U6為計(jì)數(shù)器個(gè)位，計(jì)數(shù)脈沖從個(gè)位74LS192的DOWN端輸入，個(gè)位的借位輸出信號(hào)接十位74LS192的DOWN端，并且兩片的UP端都接高電平，以保證計(jì)數(shù)器工作在技術(shù)狀態(tài)。兩片74LS192的預(yù)置數(shù)輸入端需要接控制信號(hào)。74LS47可以將輸入的BCD代碼譯成共陽(yáng)極數(shù)碼管所需的驅(qū)動(dòng)代碼，因此將74LS47的數(shù)據(jù)輸入端直接和74LS192的輸入端相連。</p><p>　　圖（2）倒計(jì)時(shí)和譯碼顯示沒(méi)款電路圖<

23、;/p><p>　　指示燈驅(qū)動(dòng)模塊。該模塊用于驅(qū)動(dòng)每條道路上的紅燈和綠燈，使紅燈和綠燈與倒計(jì)時(shí)顯示模塊相互配合，指示每條導(dǎo)通的通行狀態(tài)。指示燈驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如下圖。圖中74LS74是帶有清零和置數(shù)功能的JK觸發(fā)器，74LS74的預(yù)置數(shù)端接控制信號(hào)，輸入端J、K接高電平，時(shí)鐘輸入信號(hào)接十位計(jì)數(shù)器的倒計(jì)時(shí)借位信號(hào)輸出端，輸出端Q低點(diǎn)評(píng)時(shí)，觸發(fā)器被置成Q=1，Q，=0,LED1和ＬＥＤ２亮,。當(dāng)控制信號(hào)變?yōu)楦唠娖胶螅|發(fā)器的

24、狀態(tài)受時(shí)鐘信號(hào)控制，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)借位信號(hào)有效時(shí)，觸發(fā)器輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，即變?yōu)椋眩剑?，Q，＝１，ＬＥＤ３和ＬＥＤ４亮，所以兩條交叉路得以正常運(yùn)行。如圖（3）所示。</p><p>　　圖（3）指示燈驅(qū)動(dòng)模塊電路圖</p><p>　　3.2 該交通燈電路設(shè)計(jì)的ＰＣＢ制作</p><p>　　在Multisim軟件中對(duì)該電路進(jìn)行仿真，仿真正確后，再在Altium Design

25、er中畫(huà)出原理圖，然后，將每個(gè)元件按照正確的封裝類型進(jìn)行封裝，經(jīng)檢查無(wú)誤后將原理圖導(dǎo)入PCB板中，生成PCB圖。</p><p>　　在PCB板中，電源線應(yīng)用0.8mm，其余連線應(yīng)采用0.5mm，少數(shù)線需要過(guò)小的縫隙時(shí)可選用0.4mm的線，焊盤(pán)大小為X為2.0mm，Y為1.5mm。</p><p>　　在布線時(shí)應(yīng)選用手動(dòng)布線，移動(dòng)器件的位置，使連線簡(jiǎn)潔、明了，并盡可能的使用藍(lán)線，減少紅線的

26、使用。</p><p>　　PCB板的線布好以后，仔細(xì)檢查布線，看看有沒(méi)有交叉的藍(lán)線，有沒(méi)有過(guò)于密集的藍(lán)線，線的粗細(xì)是否合適，檢查時(shí)可以請(qǐng)老師或同學(xué)幫忙。最后PCB板經(jīng)老師檢驗(yàn)無(wú)誤后，可以進(jìn)行制板。</p><p><b>　　3.3 安裝與調(diào)試</b></p><p>　　得到元器件后，我們按照原理圖和PCB圖，對(duì)其進(jìn)行組裝，慎重起見(jiàn)，我們先

27、焊裝了芯片的的底座，及電阻，經(jīng)確定焊接無(wú)誤后，我們開(kāi)始安裝各個(gè)芯片，保證各個(gè)芯片所在完全與圖紙吻合。然后開(kāi)始裝電容，因?yàn)橐ＷC電容極性正確，我們先給電路通上適當(dāng)電壓，兩表筆分別正反接，以確定電壓大小方向，然后焊裝電容。最后得到完成的電路板。</p><p>　　安裝完以后，我們對(duì)整個(gè)電路通以適當(dāng)電壓，結(jié)果電路并沒(méi)有按照預(yù)想的那樣順利運(yùn)行。數(shù)碼管沒(méi)有數(shù)字顯示，燈也不亮。然后我們又對(duì)各個(gè)地方逐一排查，最后確定是一處焊

28、接與另一處相連，使得整個(gè)電路不能完好運(yùn)行。我們又對(duì)該處進(jìn)行清理焊接，最終使得電路正常運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)順利完成。</p><p><b>　　4. 結(jié)果與結(jié)論</b></p><p><b>　　4.1 實(shí)踐結(jié)果</b></p><p>　　此次對(duì)74LS47、74LS192、74LS74和555定時(shí)器的一個(gè)組裝，使我們順利完成了

29、30進(jìn)制倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈的安裝。經(jīng)過(guò)焊接后的調(diào)試，我們的交通信號(hào)燈能夠正常按照預(yù)想實(shí)行指揮交通的功能。其中，兩個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管能夠很好地運(yùn)行30進(jìn)制倒計(jì)時(shí)顯示：個(gè)位從0，十位從3開(kāi)始計(jì)時(shí)；進(jìn)而，,個(gè)位向十位借1，按此規(guī)律進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。另外，4個(gè)LED燈也能夠正常的在30秒內(nèi)分別亮起，即這個(gè)30秒內(nèi)LED1和LED3亮，下一個(gè)30秒內(nèi)LED2和LED4亮，正好使兩條交叉路的運(yùn)行時(shí)間差開(kāi)，使指揮交通這項(xiàng)任務(wù)得以順利執(zhí)行。</p>&l

30、t;p><b>　　4.2 實(shí)踐總結(jié)</b></p><p>　　此次實(shí)踐活動(dòng)，是一個(gè)很好的理論聯(lián)系實(shí)際的措施，是一個(gè)很好鍛煉大學(xué)生動(dòng)手能力的活動(dòng)。此次我們做的交通燈，我們盡可能的使電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，完全按照電路設(shè)計(jì)的基本要求。雖然，活動(dòng)中我們遇到不少問(wèn)題，但在我們齊心協(xié)力之下，這些問(wèn)題都被我們打敗，反而是我們成功路上的墊腳石，更加激發(fā)了我們對(duì)勝利的渴望。最終勝利完成任務(wù)。<

31、/p><p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　通過(guò)此次兩周的課程設(shè)計(jì)，我們?cè)O(shè)計(jì)出了30秒倒計(jì)時(shí)交通信號(hào)燈，該信號(hào)燈能很好的在十字路口工作，指揮車輛允許通行及禁止通行。此次設(shè)計(jì)我們遇見(jiàn)的主要問(wèn)題是原理圖的設(shè)計(jì)和原理圖的封裝。為此，我們把需要用到的各種元件的功能及作用有了更詳細(xì)、更全面的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì).Altium Designer 、Mulitisi

32、m兩種仿真軟件有了更加深刻的認(rèn)識(shí)和更加熟練的操作技巧。另外也再次復(fù)習(xí)了課本上面的各種知識(shí)。通過(guò)此次兩周的課程設(shè)計(jì)，我們基本對(duì)課本上面的知識(shí)點(diǎn)有了一個(gè)系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。</p><p>　　因此，在這里對(duì)xx老師表示感謝。是你們?yōu)槲覀冮_(kāi)拓了一個(gè)把理論與實(shí)踐相結(jié)合的平臺(tái)的，讓我們對(duì)知識(shí)有了全新系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，讓我們有了理論聯(lián)系實(shí)際的能力。另外，感謝胡老師在這次課程實(shí)踐活動(dòng)中對(duì)我們遇到的問(wèn)題的指點(diǎn)，使我們?cè)诖舜位顒?dòng)中有了更順利的

33、進(jìn)行。</p><p>　　此外，還要感謝隊(duì)友，感謝他們的合作，感謝他們?yōu)樽鲈韴D奮斗到深夜。感謝那些在實(shí)踐過(guò)程中給予我們幫助的可愛(ài)的同學(xué)。</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]邱關(guān)源，羅先覺(jué).電路（第五版） [M.].北京：高等教育出版社， 2006</p><p>　　[2]

34、張?zhí)禊i.數(shù)字電子技術(shù) [M].北京：北京大學(xué)出版社， 2012.</p><p>　　[3] 谷樹(shù)忠,劉文洲.Altium Designer教程 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2005.</p><p><b>　　7. 附 件</b></p><p>　　7.1 圖中所使用的電子器件清單如表7-1。</p><p

35、>　　表7-1 電路板中的器件清單</p><p>　　7.2 此次實(shí)踐的原理圖如圖7-2。</p><p>　　圖7-2 交通信號(hào)燈原理圖</p><p>　　7.3 此次設(shè)計(jì)PCB制圖如圖7-3。</p><p>　　圖7-3 交通信號(hào)燈PCB制圖</p><p>　　7.4 電路實(shí)物圖如圖7-4。&