交通灯课程设计.docx
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交通灯课程设计
课程设计说明书
课程名称：
数字电子技术
设计题目：
交通灯
院系：
电子信息与电气工程系
学生姓名：
张龙琦
学号：
201002010098
专业班级：
自动化二班
指导教师：
李立李琪姚琏
2012年5月25日
课程设计任务书
设计题目
交通灯
学生姓名
张龙琦
所在院系
电子信息与电气工程学院
专业、年级、班
2010级自动化2班
设计要求：
1、制作一个十字路口交通指示灯简易控制电路（两路）；
2、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
学生应完成的工作：
设计交通灯的工作原理，并利用Multisim软件进行电路仿真。
利用DXP软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB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—28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：
2010年5月14日
任务完成日期：
2010年5月25日
指导教师（签名）：
学生（签名）：
张龙琦
交通灯
摘要：
计制作一个十字路口交通指示灯简易控制电路（两路）；
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
关键词：
交通灯、定时电路、计数电路、倒计时、红绿灯
目录
1.设计背景……………………………………………………………………1
1.1了解数字电路系统的定义及组成…………………………………………1
1.2掌握时钟电路的作用及基本构成…………………………………………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…………………………………………………………………4
3.1原理图设计…………………………………………………………………4
3.2电路仿真……………………………………………………………………6
3.3PCB制作……………………………………………………………………6
4.结果与结论…………………………………………………………………7
5.收获与致谢…………………………………………………………………7
6.参考文献……………………………………………………………………8
7.附件…………………………………………………………………………8
7.1电路原理图…………………………………………………………………8
7.2PCB布线图…………………………………………………………………9
7.3元器件清单…………………………………………………………………9
1.设计背景
1.1了解数字电路系统的定义及组成
数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。
输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。
比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。
模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。
在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。
1.2掌握时钟电路的作用及基本构成
时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。
时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。
比如多路可编程控制器中的555多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。
设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。
2.设计方案
2.1任务分析
在一个十字路口为了实现交通指示，需要用到红绿两色放光二极管给出指示信号；并通过计时装置显示等待时长，需要计数器、七段显示管等；而要使电路处于时段变化就需要555定时电路。
2.2方案论证
1、时钟信号可用555定时器连接成多谐震荡电路。
由于555定时器可靠性较强，并且组装简单工作原理易于理解，通过简单设计就可以组成多谐振荡电路和多种触发器，因此选用于各种电路的自动控制方面。
555定时器管脚功能表
引脚
名称
功能
1
GND（地）
接地，作为低电平（0V）
2
TRI（触发）
当此引脚电压降至1/3 VCC（或由控制端决定的阈值电压）时输出端给出高电平。
3
OUT（输出）
输出高电平（+VCC）或低电平。
4
RES（复位）
此引脚接高电平时定时器工作，此引脚接地时芯片复位，输出低电平。
5
CON（控制）
控制芯片的阈值电压。
（此管脚接空时默认两阈值电压为1/3 VCC与2/3 VCC）。
6
THR（阈值）
当此引脚电压升至2/3 VCC（或由控制端决定的阈值电压）时输出端给出低电平。
7
DIS（放电）
内接OC门，用于给电容放电
8
VCC（供电）
提供高电平并给芯片供电。
2、实现交通灯的倒计时开始计数需用到计数器，本设计采用十进制74LS192N
74LS192N功能表
输入
输出
CLK
LOAD
BO
CO
A
B
C
D
QD
QC
QB
QA
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
由表知若要实现计数功能则LOAD需接高电平，之后对A~D进行预置数并通过选择加减法计数皆可实现从特定数字开始的倒计时
3、74LS74双D触发器控制发光二级管
由图可知74LS74双D触发器由其可以实现分频等各种功能
4、74LS47N用于启动七段数码管（译码器）
74LS47N真值表
5、七段数码管用于显示倒计时的数字
6、红绿发光二极管实现输出信号指示
3.方案实施
3.1原理图设计
选择合适的数字器件，应用DXP或其他EDA软件绘制各单元的逻辑电路图。
交通灯用555定时器设计的多谐振荡器如下图所示。
555定时器构成的多谐振荡器
由于交通灯倒计时为三十秒则多谐震荡电路的输出频率应该为1Hz，又有555定时器的周期公式及震荡高低频的占空比可以得出相应的结果，设计电路如图所示。
2、用74LS192N进行置数，从29~0共三十个数，各占一秒既符合要求，通过实现其预置数功能可以将两片芯片分别计数为2、9。
同时将高位的输入与555定时器相连低位输入于高位错位输出相连，从而实现时间信号对计数器的控制和两者之间的错位功能。
3、将74LS192N的输出信号与译码器输入端相连从而驱动显示管显示相应数字；用七段显示管译码器74LS47N与七段数码管相连实现数字信号的输出。
4、74LS74N实现发光二级管间断性工作停止。
3.2电路仿真
在各单元电路设计的基础上，用EDA软件把各单元电路连接起来，画出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。
系统整体电路设计完成后，对系统整体进行仿真，验证设计的正确性。
根据电路的实际需要及资料中的计算公式可以得出该电路中的定时器所组成的多谐震荡频率理论电压为五伏，频率为一赫兹，占空比为三分之二，电阻R1=R2=51KΩ，电容c=cf=47nf。
3.3PCB制作
1、原理图设计及制作
、根据课程要求设计电路图，用仿真软件进行仿真初步调试最终确定各种器件
、由仿真软件的电路图在DXP中进行设计排版
、连接好原理图之后对各元件进行备注为导入PCB做准备
、编译电路原理图查找错误，添加封装
2、PCB版制作
、检查各封装是否为符合要求的封装类型
、进行PCB导入向导设定符合要求的各个参数
、各器件的顺序排列和位置放置的调试进行底层布线
、打印PCB之后进行转印
、进行腐蚀清洗之后打孔及制作成功电路板
3.4安装与调试
1、根据原理图和布线图将各元件插如对应的孔内进行焊接
2、焊接过程中应尽量注意避免各种失误，防止将板子上的铜线划断
3、焊接完成之后先进行目测，观察是否有短路、断路现象；之后可用万用表进行进一步测试
4、根据各元件的特征进行逐一排查，以确保各个器件都能正常工作
5、初步检查完成之后接通电源观察所得电路是否满足设计要求，从而进行下一步调试
6、进行反复测试修改直至调试符合课程设计要求为止
4.结果与结论
结果：
经过长时间的调试之后未能完全实现仿真时电路应有的功能，未能实现倒计时数字显示，信号指示灯可以正常工作。
结论：
此次课程设计结果不是让人十分满意，虽然电路的基本功能已经实现但其数字输出信号未能按照原有仿真进行工作，最主要原因是由于多谐震荡电路未能正常工作导致计时信号不能正常输出从而使倒计时不能正常出现，其根本为555定时器不能正常工作。
在从仿真的值班成功的过程中，较复杂的要数555定时器组成的多谐震荡电路的调试、PCB板的布线、及焊接过程中所出现的各种失误等。
开始由于未能认真阅读有关书籍致使仿真时多谐震荡电路不能到达预期目的，由此我必须在以后的学习工作中认真学习有关知识否则不懂的规则只能被淘汰；其次，在PCB布线过程中由于经验不足加上没有足够的耐心导致有多跟跳线的出现，在其后的学习中一定要戒骄戒躁、踏踏实实、耐心与细心同在才能更好地完成工作，当然增加训练也是必需的；焊接时由于板子上铜线较细的缘故加上自己的不细心导致断路、短路、虚焊等使之失去功能，所以要加强自己的动手和思考能力。
5.收获与致谢
这次时间为两个星期的课程设计试验大大培养了我的动手能力和同学间的相互合作精神。
让我明白了团队合作的重要性，通过设计，我认识到了自己对数电这门课的理解程度以及熟练和掌握程度，了解了自己的不足，和以前学习过程中的方法的选择的不适当，有助于我们更好地学好数字电子技术基础；同时也提高了我将书本理论知识和实践相结合的能力；提高了专业实践技能；掌握数字电路的一般设计方法并具有了初步独立设计能力，为专业课学习和从事科学研究打下良好的基础；掌握PCB设计软件的应用；掌握multisim、proteus等电路仿真软件的应用；了解FPGA、CPLD等数字电子技术发展新动向。
掌握数字电路的一般设计方法和步骤；学会运用PCB设计软件设计符合要求的印刷电路板；掌握数字电路的安装与调试的一般方法；
在此次课程设计过程中使我的动手和思考能力都有了一定的提高，虽然开始不知道能不能做好，但是制作的过程让人感觉非常愉快，因为只有在设计周时候自己才能真正将理论和实际联系起来，通过翻越大量的资料书籍掌握各种芯片的工作原理，才能组建起自己的电路；其中印象最深的就是多谐震荡电路的组建，经过反复试验最终确定元件的过程和探索的步奏让人难忘。
同时PCB布线时出现的问题也非常有意思，想尽一切办法避免跳线的出现真的锻炼了自己的逻辑思维和想象能力，尽管不容易但是成功时才会有自己的喜悦。
这次课程设计要特别感谢李立老师、李琪老师、姚琏老师的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，在此我表示深深的感谢！
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
7.2PCB布线图
7.3元器件清单
555定时器
一个
74LS192
两个
74LS47
两个
74LS74
一个
普通二极
两个
500Ω电阻
八个
51KΩ电阻
两个
红色发光二级管
四只
绿色发光二级管
四只
七段数码显示管
两个
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 