交通指示灯课程设计.docx
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交通指示灯课程设计
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.ProtelDXP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；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。
74LS74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
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……………………………………………………………………1
3.方案实施……………………………………………………………………2
3.1原理图设计…………………………………………………………………2
3.2电路仿真……………………………………………………………………4
3.3PCB制作……………………………………………………………………5
3.4安装与调试…………………………………………………………………6
4.结果与结论…………………………………………………………………6
5.收获与致谢…………………………………………………………………6
6.参考文献……………………………………………………………………7
7.附件………………………………………………………………………7
7.1电路原理图…………………………………………………………………7
7.2PCB布线图……………………………………………………………8
7.3元器件清单………………………………………………………………9
1.设计背景
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。
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CNTDWM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TCDWN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TCDWN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。
图1555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474LS192引脚排列图
图574LS192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174LS192功能表
输入
输出
MR
CPU
CPD
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
A
d
c
b
a
0
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。
图6仿真图
3.3PCB制作
在布线前要在AltiumDesigner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1.6mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0mm，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的制作。
3.4安装与调试
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AltiumDesigner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,增强了实际操作能力。
如果不能认真谨慎的工作，我们的设计不会达到预期的效果。
还有不论遇到什么困难，不要对自己失去信心。
在以后我要更加努力学习，培养自己独立思考的能力，弥补自身的不足，提高自己的综合素质。
这次设计过程中我要感谢李立老师，李淇老师，姚琏老师的耐心指导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，教会我对AltiumDesigner和Multisim的使用，以及搭档在设计原理图中所做的帮助，我再次表示深深的感谢！
6.参考文献
[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.ProtelDXP电路设计[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
7.2PCB布线图
PCB布线图如图8所示。
图8PCB布线图
7.3元器件清单
元器件清单如表2所示。
表2元器件清单
名称
功能
个数
74LS192
可逆十进制计数器
2
555定时器
定时
1
74LS47
译码器
2
74LS74
双D触发器
1
电阻
48KΩ
2
100Ω
5
电容
10nF
1
10uF
1
发光二级管
红、绿
4
指导教师评语：
课程设计报告成绩：
，占总成绩比例：
40％
课程设计其它环节成绩：
环节名称：
原理图设计与仿真，成绩：
，占总成绩比例：
20％
环节名称：
PCB设计，成绩：
，占总成绩比例：
20％
环节名称：
电路安装调试，成绩：
，占总成绩比例：
20％
总成绩：
指导教师签字：
年月日
本次课程设计负责人意见：
负责人签字：
年月日
升级会员 