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
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：
20110201
专业班级：
自动化201
指导教师：
胡万里
2013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
自动化2011级1班
设计要求：
1.设计制作一个十字路口的交通指示灯控制电路；
2.红灯亮时表示停止，绿灯亮时表示通行，两条路线上通行和停止时间为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：
通过电子技术课程设计，使学生较系统地、全面地掌握电子电路系统的基本设计方法、设计步骤，熟悉和掌握电路参数的计算方法，掌握电路元器件的选择与应用方法，学习电子电路原理图设计、PCB板设计和电子电路系统的制作、安装、调试、测试、故障查找与排除的方法和技巧，并在此基础上，逐步调试改进、完善电路的性能,完成课程设计工作，同时提交课程设计报告。
参考文献：
[1]谷树忠，刘文洲，姜航.AltiumDesigner教程[M].北京：
电子工业出版社，2010.
[2]邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[3]郑君里，杨为理.信号与系统（第三版）[M].北京：
高等教育出版社，2011.
[4]秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京大学出版社，2012.
[5]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2005.
工作计划：
5月27日-----5月28日Multisim软件培训以及电路设计与仿真
5月29日-----5月31日用AltiumDesigner设计原理图以及PCB板的设计
6月3日------6月4日PCB板的制作
6月5日对设计电路进行安装调试
6月6日-----6月7日指导老师验收设计结果及设计报告的提交
任务下达日期：
2013年5月27日
任务完成日期：
2013年6月7日
指导教师（签名）：
学生（签名）：
交通指示灯电路设计
摘要：
本次课程设计的目的为设计制作一个十字路口交通指示灯简易控制电路，红灯亮时表示停止，绿灯亮时表示通行，两条路线上通行和停止时间为30秒，通行和停止时间用数码管显示，采用倒计时方式。
本次课程设计主要有时钟脉冲电路、计时电路、译码电路、触发电路等组成。
时钟电路由555定时器以及一些电阻和电容组成，计时电路由74LS192组成，译码电路由两片74LS147共阳驱动器组成，触发器由一片74LS74触发器构成。
关键词：
555定时器；计时器；译码器；数码管；触发器
目录
1.设计背景…………………………………………………1
1.1社会背景…………………………………………………1
1.2课题背景…………………………………………………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电路的仿真…………………………………………………7
3.3PCB的制作…………………………………………………8
3.4安装与调试…………………………………………………8
4.结果与结论…………………………………………………8
5.收获与致谢…………………………………………………9
6.参考文献…………………………………………………10
7.附件…………………………………………………………10
1.设计背景
1.1社会背景
随着经济的增长和人口的增加，人们生活方式不断变化，人们对交通的需求不断增加。
城市中交通拥挤、堵塞现象日趋严重，由此造成巨大的经济与时间损失。
随着城市化进程的大大加快，诱发的交通需求急剧增长，供需矛盾不断激化，严重的交通问题也随之而来。
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。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊，这一切要归功于城市交通控制系统中的交通灯控制系统。
交通灯控制系统对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果，使城市交通得以有效管理。
1.2课题背景
随着大学课程的不断学习，我们逐渐对数字电路有了一个初步的了解。
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。
2.设计方案
2.1任务分析
根据设计要求，本次是利用74LS74，74LS47，74LS192，555定时器等元件设计一个交通灯电路。
分析可知，由555计时器产生矩形脉冲，由74LS192和74LS74产生计时电路，并由数码管显示倒计时数字，由74LS47产生译码电路，对红路灯的交替控制控制由74LS74来实现。
2.2方案论证
首先，脉冲的产生是由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。
其次，计数的实现是采用74LS192实现的。
脉冲信号接入74LS192的倒计时控制端，让其实现倒计时功能。
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，从而实现倒计时30秒的功能。
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。
然后，译码显示部分是由两片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，从而实现倒计时数的产生。
最后，红绿灯交替显示是由预置数为0011的74LS192的借位输出端作为此芯片的输入控制端，经过74LS74的调节后，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，而实现红路灯的交替显示。
3.方案实施
3.1原理图设计
3.1.1时钟脉冲的设计
555定时器的作用就是构成多谐振荡电路。
555电路的结构组成如图1。
图1555定时器电路组成及其引脚
它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为
和
。
C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号输入并超过
时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于
时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。
是复位端，当其为0时，555输出低电平。
平时该端开路或接
。
VCO是控制电压端（5脚），平时输出
作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。
T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.
在这个电路中，用R1=48k,R2=48k,C1=10nf,C2=10uf,这样就构成了多谐振荡器。
根据振荡周期T=（R1+2R2）
可知，T=0.998s，大约为1s。
图2为时钟脉冲电路。
图2时钟脉冲电路图
3.1.2计时电路的设计
计时电路由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。
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。
其工作电路如图3所示。
图3计时电路电路图
其中74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和计数功能，其引脚排列及逻辑符号图如图4、图5所示。
图474LS192引脚排列图
图574LS192逻辑符号图
3.1.3触发电路以及交通灯显示的设计
触发电路主要是由74LS74连接计时电路的输出，同时PR和CLR接电源电压来实现的，交通灯的显示是一组红路灯连接Q,一组红路灯连接
来显示的。
其工作原理图如图6所示。
图6触发电路电路图
3.1.4译码电路的设计
用74LS47是4线—七段译码器，其输出端为低电平有效，可以直接驱动共阳极的数码管，在此电路中，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，输出端接共阳极的输入端，保证电路的正常进行。
图7为其工作原理。
图7译码电路电路图
3.2电路的仿真
Multisim是电路仿真必备的一个软件，对我们在数电的学习中有很大的帮助。
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，然后通过红绿灯的明亮以及数码管倒计时来观察设计电路是否正确。
通过仿真我们设计的电路是正确的。
其电路仿真图为图7。
图8交通灯仿真电路图
3.3PCB的制作
在AltiumDesigner的原理图制作完成后，需要对各元件的封装进行调试，封装时根据所给元件的类型选择合适的封装。
封装完成后，要把原理图导入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。
同时在PCB板的制作时要注意以下几点：
1.单位采用公制单位（mm）。
2.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。
3.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。
4.焊盘的内径用0.9mm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。
3.4安装与调试
根据PCB原理图，对其进行模板的制作，然后利用提供的元器件，进行安装，要注意在安装时，电容和LED灯需要分正负极性，同时要根据PCB图来安装芯片，在焊接时，由于电路板在布线时十分密集，需要小心使电路造成短路，同时还要注意自身安全。
得到焊接完成的电路板，需要对其进行调试。
4.结果与结论
在本次课程设计中，根据红灯停，绿灯行，红绿灯各亮30秒，并且时间为倒计时的要求，我们在开始原理图的制作和Multisim仿真都进行的很顺利，后再PCB生成后，需要对PCB板进行布线，进过我们小组一天的努力也顺利完成了，美中不足的是条线有点多，对后续的焊接带来了困难。
在焊接时，根据老师的要求和我们小组的努力我们也完成了。
在后续的调试中我们也付出了很大努力，同时老师也进行了指导，我们进行了多次的改动，遗憾的是问题没有解决，我们没有得到理想的结果。
5.收获与致谢
两个星期的数字电路实习，让我受益匪浅。
让我更好的熟悉和使用AltiumDesigner软件和Multisim软件，自我感觉AltiumDesigner软件这两个星期的学习比我在平时上课一个学期学的还要多。
同时我还明白了团队合作的重要性，正是我们小组的努力让我有一种前所未有的自豪感。
这是我第一次做数电课程设计，遇到了许多问题，同时我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。
同时我们付出了两周的努力，但是实验结果不那么尽人意，使我明白了：
成功会受多方面因素的影响，所以我们无论在平时生活中还是在学习中都要细致、小心、谨慎，付出了不一定会成功，但是不付出一定不会成功。
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。
在本次课程设计过程中我要感谢胡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，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，同时还要感谢张天鹏老师、李琪老师在数字电子技术和模拟电子技术基础课程中对我们的教导，对这次的课程设计有很大的帮助，再次表示深深的感谢！
6.参考文献
[1]谷树忠，刘文洲，姜航.AltiumDesigner教程[M].北京：
电子工业出版社，2010.
[2]邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[3]郑君里，杨为理.信号与系统（第三版）[M].北京：
高等教育出版社，2011.
[4]秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京大学出版社，2012.
[5]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2005.
7.附件
图9交通灯原理图
图10交通灯PCB图
图11交通灯仿真图
图12打印预览图
图13交通灯实物图
表1元器件清单
名称
功能
个数
74LS1912
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
发光二极管
红、绿
4
升级会员 