交通指示灯课程设计讲解.docx
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交通指示灯课程设计讲解
课程设计说明书
题目：
交通指示灯电路设计
课程名称：
数字电子技术
学院：
电子信息与电气工程学院
学生姓名：
学号：
201202020057
专业班级：
电子信息工程2012级2班
指导教师：
程万里
2014年6月6日
课程设计任务书
设计题目
交通指示灯电路设计
学生姓名
所在学院
电子信息与电气工程学院
专业、年级、班
电子信息工程2012级2班
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，通行和停止时间各为30秒；
3、通行和停止时间用数码管显示，采用倒计时方式。
学生应完成的任务：
完成交通指示灯电路设计，利用Multisim软件进行电路功能仿真，利用AltiumDesigner软件绘制电路原理图，设计制作电路的PCB板，对电路进行安装、调试，并提交课程设计报告。
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]秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京：
北京大学出版社，2012.
[5]谷树忠.AltiumDesigner教程-原理图、PCB设计与仿真[M].北京：
电子工业出版社，2010.
工作计划：
5月26日—5月27日，利用Multisim软件完成电路功能仿真；5月28日—5月30日利用AltiumDesigner软件完成电路原理图设计和PCB板设计；6月3日—6月5日完成PCB板制作、电路安装与调试工作；6月6日，提交课程设计报告。
任务下达日期：
2014年5月26日
任务完成日期：
2014年6月6日
指导教师（签名）：
学生（签名）：
交通指示灯电路设计
摘要：
设计了一个交通指示灯电路，该电路可以实现交通灯30S红绿灯交换的功能。
该电路主要由时钟脉冲电路、计时电路、译码电路、触发电路构成，其中时钟脉冲电路用555定时器和一些电阻电容器件、计时电路用两片74LS192计时器、译码电路用两片74LS47驱动器、触发电路用74LS74触发器实现。
经Multisim仿真测试，该电路可以实现交通指示灯控制电路功能。
利用AltiumDesigner软件对电路进行了原理图设计和PCB设计，并对电路进行了安装和调试。
关键词：
555定时器；74LS192计数器；74LS47译码器；共阳极数码管；74LS74触发器；Multisim电路仿真；AltiumDesignerPCB设计
目录
1.设计背景………………………………………………………1
1.1数字电子技术的定义及组成………………………………1
1.2交通指示灯电路设计背景…………………………………1
2.设计方案………………………………………………………1
2.1任务分析……………………………………………………1
2.2方案论证……………………………………………………2
3.方案实施………………………………………………………2
3.1原理图设计…………………………………………………2
3.2电路仿真……………………………………………………6
3.3PCB制作……………………………………………………7
3.4安装与调试…………………………………………………7
4.结果与讨论……………………………………………………7
5.收获与致谢……………………………………………………7
6.参考文献………………………………………………………8
7.附件……………………………………………………………8
7.1原理图………………………………………………………8
7.2PCB图……….……………………………………………………9
7.3仿真图………………………………………………………9
7.4实物图………………………………………………………10
7.5元器件清单表…………………………………………………10
1.设计背景
1.1数字电子技术的定义及组成
信号在时间和数值上都是连续变化的信号称为模拟信号。
信号在时间和数值上都是离散的信号称为数字信号。
数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用、555定时器、逻辑门电路组合、时序电路的分析和设计和集成芯片各脚功能等。
随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。
为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能，可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。
1.2交通指示灯电路设计背景随着社会的发展与进步，在大城市中，路上的车辆越来越多，道路越来越拥挤，特别是十字路口交通问题很严重，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
随着城市机动车辆的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也是曾有效的改善了交通状况。
然而，随着交通量的快速增长很热缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。
为了解决这种十字路口交通堵塞的问题，现在就在十字路口安装了交通指示灯。
有了交通灯，人们外出出行的安全有了很大的保证。
2.设计方案
2.1任务分析
根据设计要求分析可知，要用的元件有555定时器、74LS192、74LS47、共阳极数码管、74LS74。
用这些元件设计一个交通灯电路，它主要由时钟脉冲电路、计时电路、译码电路、触发电路构成。
为了使交通灯控制器每个状态在规定的时间工作，就要用到时钟脉冲电路，它可以作为整个电路的时钟信号，又可以作为倒计时电路的时间信号，为了符合要求，需要设置30秒的倒计时定时电路。
译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路驱动后驱动信号灯工作。
2.2方案论证
由555定时器、2个电阻和2个电容一起构成时钟周期发生器为电路提供稳定的时序脉冲信号。
脉冲信号接入74LS192的倒计时控制端CNTDWN端，让其实现倒计时功能。
这里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，实现倒计时30秒的功能。
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。
由第二片74LS192的借位输出端TCDWN作为74LS74的输入控制端，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。
3.方案实施
3.1原理图设计
1、时钟脉冲电路
555定时器构成多谐振荡器，在这里，用R1=47K,R2=51K,C1=10uF,C2=100nF一起构成时钟周期发生器，为电路提供时钟信号，根据T=T1+T2=（R1+2R2）C1ln2计算可知时间约为1秒。
由555定时器构成的多谐振荡器电路如图1所示。
图1多谐振荡器
2、计时电路
在这个设计中的计时电路是由两片74LS192组成的电路实现的，一片实现0到9，一片实现0到3。
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，实现倒计时30秒的功能。
如图2所示。
图2计时电路
3、译码显示电路
用两片74LS47和两个共阳极数码管构成译码显示电路。
74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器， 74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码， 可以直接把数字转换为数码管的显示数字。
74LS47为低电平作用。
译码器的3、4、5引脚接高电平，保证其输入输出有效。
输入端接计时电路的输出端，输出端接共阳极数码管的输入端。
译码显示电路如3所示。
图3译码显示电路
表1是74LS47的真值表，表示了它与数码管之间的关系。
表174LS47真值表
/
DCBA
abcdefg
说明
0
X
1
XXXX
0000000
试灯
X
X
0
XXXX
1111111
熄灭
1
0
0
0000
1111111
灭零
1
1
1
0000
0000001
0
1
X
1
0001
1001111
1
1
X
1
0010
0010010
2
1
X
1
0011
0000110
3
1
X
1
0100
1001100
4
1
X
1
0101
0100100
5
1
X
1
0110
1100000
6
1
X
1
0111
0001111
7
1
X
1
1000
0000000
8
1
X
1
1001
0001100
9
引脚功能：
（1）
：
试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。
当
=0时，无论输入A3 ，A2 ，A1 ，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，也就是七段将全亮,若驱动的数码管正常，是显示8。
本设计是根据其功能设计显示的30秒倒计时。
（2）
：
灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。
当
=0时，不论
和输入A3 ，A2 ，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。
（3）
：
灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。
当对每一位A3= A2 =A1 =A0=0时，本应显示0，但是在
=0作用下，使译码器输出全为高电平。
其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。
（4）
：
灭零输出，它和灭灯输入
共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。
4、触发输出电路
用74LS74构成触发电路，触发器引脚1、4接高电平，2引脚接6引脚，3引脚接脉冲信号，输出接LED保证电路中两对红绿灯正常运行。
输出电路由驱动电路和4个100Ω电阻和4个发光二极管来表示显示灯。
触发器被置成Q=1，Q*=0，LED1和LED2亮。
当控制信号变为高电平后，触发器的状态受时钟信号控制，当倒计时借位信号有效时，触发器输出状态翻转，即变为Q=0，Q*=1，LED3和LED4亮，这样两条交叉路正常运行。
触发输出电路如图4所示。
图4触发输出电路
3.2电路仿真
在各单元电路设计的基础上，用Multisim软件把各单元电路连接起来，画出符合的系统整体逻辑电路图，为各个电阻电容选取适当的值。
电路设计完成后，启动开关观察，根据红绿灯亮灭和倒计时装置情况判断电路是否正常。
仿真电路图如图5所示。
图5Multisim仿真电路
3.3PCB制作
要进行PCB的制作，在布线前要在AltiumDesigner中完成对电路图各个元件的封装。
然后根据仿真图在AltiumDesigner中画出原理图，接着把所有的元件连接，再次检查，确定没有错误。
最后布线，生成PCB图，对元件重新手动摆放，使线尽量少的重叠。
按照要求采用电源线和地线要求采用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0.85mm或0.9mm。
外径根据需要进行修改，一般为X方向1.6 mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。
合理布线，在尽量少的采用跳线下整齐美观。
3.4安装与调试
根据PCB原理图，制作模板，然后利用给的器件对照PCB图进行安装，安装之后由于板子上线孔很密集，于是很小心的进行焊接，但还是有几次焊接滴锡滴到线上，马上又进行补救。
焊接完成后，检查焊接还算美观，有几处用了跳线，没有了问题，然后用3.5V电池实验是否正确，但是很遗憾，数码管不亮，于是让老师检查了板子，可能是引线断开或虚焊，电路中出现短路等，根据老师说的情况进行了调试，但是很遗憾，进行几次调试，问题还是没有得到解决。
4.结果与结论
这次设计根据十字路口红灯停，绿灯行，红绿灯各亮30秒交叉运行，时间为倒计时，仿真电路在Multisim上仿真成功了。
在焊接时，根据老师的要求和小组的努力焊接也完成了。
在后续的调试中小组也付出了很大努力，同时老师也进行了指导，虽然进行了多次的改动，遗憾的是，数码管没亮问题还是没有解决。
5.收获与致谢
两个星期的数字电路实习受益匪浅。
更好的熟悉和使用Altium Designer软件和Multisim软件。
锻炼了电路设计能力和动手的能力，也通过亲身实践掌握了一些中规模集成器件的使用技巧与方法，而不仅限于书本上的理论知识。
这是第一次做数电课程设计，遇到了许多问题，同时也深刻的认识到在课程设计的过程中自己有很多不足之处，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。
这次实习考验了耐心、细心等，在这个过程中，查阅了大量资料，吃透了很多知识点。
虽然最后电路板的制作还存在遗憾，但是还是学到了很多。
在本次课程设计过程中要感谢程万里老师的耐心指导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，感谢张天鹏老师平常教导的数字电子技术的知识以及在实习时教会了Multisim的使用，还有感谢两个同伴在实习中的帮助。
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]秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京：
北京大学出版社，2012.
[5]谷树忠.AltiumDesigner教程-原理图、PCB设计与仿真[M].北京：
电子工业出版社，2010.
7.附件
7.1原理图
交通灯原理图如图6所示。
图6交通灯原理图
7.2PCB图
交通灯PCB图如图7所示。
图7交通灯PCB图
7.3仿真图
交通灯仿真图如图8所示。
图8交通灯仿真图
7.4实物图
交通灯实物图如图9所示。
图9交通灯实物图
7.5元器件清单
元器件清单如表2所示。
表2元器件清单
电容10uF
一个
电容0.1uF
一个
电阻51kΩ
一个
电阻47kΩ
一个
电阻100Ω
四个
LM555CN
一个
74LS192
两个
74LS47
两个
74LS74
一个
LED红灯
两个
LED绿灯
两个
数码管
两个
跳线
三条
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：
原理设计，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：
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 