交通信号灯课设汇编Word文档格式.docx
《交通信号灯课设汇编Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通信号灯课设汇编Word文档格式.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
译码器
1工程概述
1.1课程设计目的
1）综合运用现代电子技术课程中所学到的知识去完成一个课程设计。
2）通过查阅手册和文献资料，培养学生分析和解决实际问题的能力。
3）进一步熟悉常用电子器件，并掌握合理选用芯片。
4）学习用模拟电路软件Multisim和Ewb。
5）学会电路的安装与调试技能。
6）进一步熟悉电子仪器的使用方法、
7）学会撰写课程设计总结报告。
8）培养严肃的工作作风和严谨科学态度。
1.2设计内容及要求
1）首先，用Multisim和Ewb做出仿真电路图并运行成功。
其次，用数字电路集成箱测试芯片并进一步熟悉模拟数字电路。
最后，运用74系列芯片、555定时器、数字显示器、发光二极管、电阻、电容、导线等器材合理组合，并实现模拟效果。
2）所使用芯片必须符合课设要求，以达到模拟交通信号灯的效果主干道绿灯亮20秒，支干道绿灯亮20秒。
主干道红灯亮20秒，支干道红灯亮20秒。
黄灯都为亮5秒。
按照此规则次序亮灭，从而模拟交通信号灯的效果。
1.3材料清单
表1材料清单
型号
数量（个）
中文名称及功能
HD74LS00P
5
二输入与非门
HD74LS20P
2
四输入与非门
HD74LS08P
与门
HD74LS90P
3
十进制计数器
DCDHEX
数字显示器
555-VIRTUALtime
1
555定时器
电阻
22
保护电路
电容
隔断直流
发光二极管
6
仿真红黄绿灯
电路板
焊接电路载体
导线
若干
连接电路
芯片底座
15
安装芯片
2电路设计
电路设计思路流程
2.1
交通信号灯流程原理
图1交通信号灯原理图
2.2交通信号灯的仿真图
图2交通信号灯的仿真图
2.3脉冲信号的设计
555VIRTUALtime
【用途】调节电流输入大小，实现输出频率的调节
【性能及参数】计时精确度高、温度稳定度佳；
电源电压5V
【真值表】如表1所示
表2555芯片的真值表
【引脚图】如图所示
图3555芯片的引脚图
555定时器芯片工作原理,功能及应用
555定时器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
555定时器产品有TTL型和CMOS型两类。
TTL型产品型号的最后三位都是555，CMOS型产品的最后四位都是7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
555定时器的电路。
它由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。
图4555定时器原理图
分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。
如5端悬空，则比较器C1的参考电压为，加在同相端；
C2的参考电压为，加在反相端。
是复位输入端。
当=0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。
正常工作时，=1。
u11和u12分别为6端和2端的输入电压。
当u11>
，u12>
时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，即=0，=1，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。
当u11<
，u12<
时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，=1，=0，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。
时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。
综上所述，可得555定时器功能。
555芯片的充放电实现的秒信号脉冲
555芯片的充电是从VCC进入，进过2个电阻R1，R2。
进入了电容，对电容进行充电，在通过脚7V0接地对电容进行放电，这样通过电容的充放电，来实现秒信号的实现。
图5555芯片的仿真图
（1）555定时器引脚排列及功能表它的各个引脚功能如下：
1脚：
外接电源负端
VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~
16VCMOS型时基电路VCC的范围为3~
18V。
一般用5V。
3脚：
输出端Vo4脚：
是直接清零端。
当
端接低电平，则时基电路不工作，此时不论
、TH处于何电平，时基电路2脚：
低触发端6脚：
TH高触发端输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内
部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
2.474LS00芯片的介绍和运用
HD74LS00P的介绍：
【用途】与非门电路
【性能参数】双列14脚封装，四2输入与非门、电源电压4.75-5.25V
【真值表】
表374LS00芯片的真值表
【引脚图】
图674LS00的引脚图
HD74LS00P的运用：
图774LS00的仿真图
74LS00芯片是与非门逻辑电路的芯片，我们运用了74LS00对交通信号灯的亮灭进行了控制，通过4个2输入的与非门，对于下方接受进收来的信号进行与非，从而对交通信号灯进行控制。
把Y信号同时接进脚A和B，由Y输出，可以得到Y非，可以用74LS00达到非门的效果。
2.574LS08芯片的介绍和运用
HD74LS08P是介绍：
【用途】与门电路
【性能参数】双列14脚封装、四重2输入与门
图874LS08的引脚图
【真值表】表474LS08的真值表
HD74LS08P的运用
图974LS48的仿真图
74LS08芯片是与非门逻辑电路的芯片，我们运用了74LS08对交通信号灯同时的亮灭进行了控制，通过4个2输入的与门，对于下方接受进收来的信号进行与，使用一个数码管对主干道和支干道同时进行控制，利用与门的原理，使信号灯进行转换，从而对交通信号灯进行控制。
2.674LS20的介绍和运用
HD74LS20P的介绍
【性能参数】双4输入与非门、电源电压5V
图1074LS20的引脚图
【真值表】
表574LS20的真值表
HD74LS20P的运用：
图1174LS20的仿真图
74LS20是2个四输入与非门的芯片，对74LS90芯片提供的信号，实行四输入的与非，从而达到控制，输入输出的切换和保持，是信号输出的中转站。
2.774LS90芯片的介绍和运用
HD74LS90P的介绍：
【用途】十进制计数器
【性能参数】低功耗2-5-10进制计数器、电源电压5V
图1274LS90的引脚图
表674LS90的真值表
HD74LS90P的运用：
图1374LS90的仿真图
74LS90是这个交通信号灯电路最核心的芯片之一，74LS90是10进制的计数器，由2个JK出发器所构成，74LS90芯片在交通信号灯中，进行信号的转变和输出，通过剩余的芯片对信号灯进行控制。
交通信号灯一共使用了3个74LS90芯片，第一个芯片，是对上面74LS00进行信号的提供和进行3进制计数器，实现信号的转换。
后面2个74LS90芯片是对数码管进行控制，对秒信号进行接受和输出，对秒信号进行输出。
2.874LS48芯片和数码管的使用
图1474LS48和数码管的引脚图
图1574LS48和数码管的仿真图
74LS48和数码管的使用：
74LS48是对74LS90芯片提供的信号进行转换，把4个信号改变成8信号的芯片。
数码管就是接受了74LS48所输出的信号，进行输出，实现数字的显示。
2.9发光二极管的介绍
【发光二极管】
50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。
LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，
它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然
图16发光二极管的实物图
后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。
3发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。
在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。
当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
4小结：
通过此环节进一步熟悉电路和芯片，并且可以测试电路和检测芯片、数码管、发光二极管灯相关器件的性能。
2.10运用Multisim软件模拟电路
1）软件介绍
Multisim本是加拿大图像交互技术公司（InteractiveImageTechnoligics简称IIT公司）推出的以Windows为基础的仿真工具，被美国NI公司收购后，更名为NIMultisim，而V10.0是其（即NI，NationalInstruments）最新推出的Multisim最新版本。
目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。
Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分相互独立，可以分别使用。
Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分有增强专业版（PowerProfessional）、专业版（Professional）、个人版（Personal）、教育版（Education）、学生版（Student）和演示版（Demo）等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差异。
NIMultisim10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。
NIMultisim10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。
NIMultisim10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。
NIMultisim10的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；
而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。
NIMultisim10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。
NIMultisim10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。
可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。
在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。
NIMultisim10有丰富的Help功能，其Help系统不仅包括软件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能解说，Help中这种元器件功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。
另外，NIMultisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。
支持VHDL和VerilogHDL语言的电路仿真与设计。
利用NIMultisim10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：
设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；
设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；
可方便地。
3运用数字电路集成箱模拟电路
用数字电路集成箱按Mulisim仿真图把主控制器、计数器、信号灯译码器、数子显示译码器和秒脉冲信号发生器连接好然后按以下步骤进行调试：
1）秒脉冲信号发生器的调试，按照数字电子钟的方法逐级调试振荡电路和分频电路，使输出设计符合设计要求。
2）将秒脉冲信号送入主控制器的CP端，观察主控制器的状态是否是按00、01、10、11、00„的规律变化。
3）将秒脉冲信号送入计数器的CP端，接入主控制器的状态信号X0、X1，并把主控制器的状态信号送入主控制器的CP端，观察计说器是否按30秒、5秒、20秒、5秒、30秒„循环计数。
4）把主控制器的状态转换信号X1、X0接至信号灯的译码电路，观察6个发光二极管是否按设计要求发光。
5）整机联调，使交通信号灯控制电路正常工作
6）实验箱使用说明
图17电子集成箱
1.直流电源接线区：
3组独立直流电压接线柱：
+5V、GND、+15V、GND、－15V、GND。
用于将外部直流电压引入到实验箱，外部直流电压通过电源保护二极管到达各个单元电路及面板中多个红色+5V电压输出插孔，因此红色+5V电压输出插孔中的电压通常比外部直流电压低0.3V左右。
此外，实验箱带有短路报警和过压报警功能。
当电源开关处于“关”状态时，红色+5V电压输出插孔仍有低电压输出（短路报警电路的需要），如果接线过程中导致+5V和GND出现短路，则开始声、光报警，当电源开关处于“开”状态时，短路报警失效；
当电源开关处于“开”状态时，如果外部直流电压超过6.5V，则开始声、光报警。
2.数码管数字显示：
2个七段数码管，引脚全部引出，可采用共阴极或共阳极数码管；
另有2个BCD码输入七段数码管（安装了显示译码器CD4511）。
为了更换方便，均采用了IC插座。
3.TTL逻辑电平显示：
对输出电平的高、低进行显示。
输出电平为高时，红色发光二极管亮；
输出电平为低时，绿色发光二极管亮。
4.TTL逻辑电平输出：
提供12组TTL逻辑电平输出，采用拨码开关控制，拨上输出为高电平，拨下输出为低电平。
5.单次脉冲、简单连续脉冲输出：
脉冲输出均为TTL逻辑电平。
单次脉冲分为正、负两种单脉冲输出，采用白色按钮控制，发光二极管指示；
简单连续脉冲分别为2Hz、8Hz、
128Hz和1024Hz，发光二极管指示。
6.集成电路插座：
采用标准紧锁插座，28脚1个、20脚1个、16脚6个、14脚2个，可插8到28脚的各种IC。
各IC插座的所有引脚（包括电源和地引脚）全部引出，各IC插座旁均有+5V、GND插座为集成电路供电。
7.精密多圈可调电位器4个：
分别为1K、10K、47K、100K，采取三个插孔输出。
8.直流供电的四相步进电机、蜂鸣器、扬声器及驱动电路、直流继电器及驱动路。
9.元件库：
提供了很多不同值的电阻和电容、1个32768Hz晶振、2个二极管和1个555定时器。
10.逻辑笔功能：
红色：
高电平、绿色：
低电平、橙色：
高阻。
11.扩展区：
采用165×
55进口面包板1块，可拆卸和更换，主要用于安装其它电路。
12.接插件：
普通弹性插孔，配有高性能的插孔连接线；
此外，在面包板旁配有与面包板接线兼容的黑色插座，同时黑色插座和部分弹性插孔已直接连接好，解决了电路面板上弹性插孔至面包板的连接问题。
7）实验箱使用注意事项
⏹调节好直流稳压电源的输出电压为5.3V（通过电源保护二极管后约为5V）后接入到实验箱电源接线柱。
⏹连接电路时，电源开关置于“关”状态，切忌在实验中带电连接电路和插拔集成电路。
⏹连线插入时要垂直，切忌太用力，拔出时用手捏住连线靠近插孔的一端插头，左右旋转几下后拔出，切忌直接用力向上拉线，这样很容易造成连线和插孔的损坏。
⏹实验中不要随意乱动开关、芯片及其它元器件，以免造成实验箱的损坏。
元件库中的二极管和数码管一定要注意极性。
⏹如果在实验过程中由于操作不当或其它原因而出现异常现象如：
电路报警、数码管显示不稳、芯片发烫、直流稳压电源输出电压降低或为零等，应立即断电并报告老师，切忌无视此类现象，继续实验，以免造成严重后果。
4电路连接
在电路板上按数字集成箱把主控制器、计数器、信号灯译码器、数子显示译码器和秒脉冲信号发生器焊接好然后按以下步骤进行调试
1）装配电路板
电子产品的电气连接，是通过对元器件、零部件的装配与焊接来实现的。
安装与连接是按照设计要求制造电子产品的主要操作环节。
应该说，和电子工程技术的其它内容比较起来，安装与连接的技术并不复杂，因此往往不受重视。
但是，产品的装配过程是否合理，焊接质量是否可靠。
对整机性能的影响是很大的，也许你听说过，一些精密复杂的仪器因为一个焊点的虚焊，一个螺钉的松动而不能正常工作，甚至由于搬运，振动使某个部件脱落造成整机报废，所以，掌握正确的安装工艺与连接技术，对于电子产品的设计与研制、使用和维修都具有重要的意义。
2）双列直插式集成电路的安装
根据集成电路不同的封装方式。
安装也有不同的方法和要求。
在集成电路中。
以塑料双列直插式（DIP）和塑料功率电路（TO-220）两种应用较为常见。
DIP器件一般采用专用插座进行安装，装配和焊接的规范程度，主要取决于印制板设计，制造的精度，因此比较容易掌握。
当然，这种集成电路也能直接插焊在印刷电路板上，直接插焊法虽然牺牲了可更换性，但却增加了可靠性并降低了成本，采用插座虽然方便。
但要花费购买插座的钱，并且接触的可靠性较差。
3）元器件的装插
元件在印刷电路板的固定，可分为卧式和立式两种。
为使元件在印刷电路板上装配排列整齐并便于焊接。
在安装前通常采用手工和专用机械把元器件引线弯曲成一定的形状，按照板上元件孔位的尺寸要求，使弯曲成型的引线能方便的插入焊孔内。
为了避免损坏元件，必须注意：
1.引线弯曲的最小半径不得小于引线直径的2倍，不能打死弯。
2.引线弯曲处距元器件本体至少在2MM以上，绝对不能从引线的根部开始弯折，装配时，应该先安装那些需要机械固定的元件。
如功率器件的散热器、支架、夹子等，然后再安装靠焊接固定的元件。
各种元件的安装，应该使它们的标记（用色码或字符标住的数值、精度等）朝上或朝着易于辨认的方向，并且注意标记的读数方向一致（从左到右或从上到下）；
卧式安装的元件，尽量使两端引线的长度相对对称，把元件放在两孔中央，排列要整齐。
有极性的元件，装插时要注意方向正确。
4）焊接
焊接是制造电子产品的重要环节。
如果没有相应的工艺质量保证，任何一个设计精良的电子装置都难以达到设计指标。
在科研开发、设计研制、技术革新的过程中，不可能也没有必要采用自动设备，所以经常需要进行手工装焊。
本设计选用功率为30W的电烙铁。
功率过低焊接所需时间较长且容易发生虚焊，功率过高焊接不好控制。
焊接开始先将主要的元件焊接好，如芯片底座、放大管等，再将电阻电容等元件固定好再进行焊接。
5）焊锡必须具备的条件
1.焊件必须有良好的可焊性；
2.焊件表面必须保持清洁；
3.要使用合适的助焊剂；
4.焊件加热到适当的温度。
4.1使用说明
1）注意事项
1．本产品使用直流电源为5V电压，切记不要使用其它量程来驱动。
2．不要在高温、高湿、易燃、易爆和强电磁场环境中存放或使用本器件。
3．请勿随意改变器件内部以及外部接线，以免损坏器件。
2）基本功能
1．红灯表示禁止通行，绿灯表示允许通行，黄灯亮表示未通过的车辆禁止通行；
2．主干道、支干道交替通行，每次通行时间为40秒；
3．每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒（此时另一干道上的红灯不变）；
4．十字路口有数字显示，以方便人们直观把握时间。
时间显示以秒为单位作减记数；
5黄灯亮时，另一干道红灯按1Hz的频率闪烁。
4.2系统常见故障分析
了解一些常见的故障对于正确快速地调试系统是很有必要的。
对这些故障的处理是对一个系统设计者的综合考验，它不但要求对硬件电路容易出现的故障有很好的了解，而且对整个系统的设计更要有一个深刻的认识。
下面按错误类型来简单分析一下系统常见的一些故障，这节其实也是对前面的一些分析的总结。
1）工艺错误
焊接中出现的错误有虚焊、漏焊、错焊等等，同时焊接技术对系统是否能够调试成功有较大的影响，如在高速系统中，焊点有毛刺从而带来系统分布电容过大，将会对系统的性能有较大的影响。
2）不加电
在设计系统时设计了一个电源信号指示灯，若电源信号指示灯不亮，那么说明系统的电源工作有问题。
3）元器件错误
这类错中主要包括器件错焊、错插以及元器件已损坏等现象。
在调试一个模块的时候，我们要时刻注意元器件的情况，以避免元器件损坏。
当我们发现模块中的某一个模块的某个元器件过热的时候，我们就应对这个元器件进行测试，是否损坏。
4）设计的错误
这类错误主要在设计的阶段发现，在系统设计时，应该对设计方案精益求精，对设计原理进行反复推敲，以发现系统的设计错误。
当然这类错误也
升级会员 