交通燈課程設(shè)計(jì) (2)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書</p><p>　　課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 交通指示燈 </p><p>　　院 系： 電子信息與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： <

2、/p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 通信工程2010級(jí) </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012年5月25日</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任

3、 務(wù) 書</p><p><b>　　交通指示燈</b></p><p>　　摘 要：設(shè)計(jì)制作一個(gè)十字路口交通指示燈簡(jiǎn)易控制電路，紅燈亮表示停止，綠燈亮表示通行，通行和停止時(shí)間各30秒，通行和停止時(shí)間用數(shù)碼管顯示，采用倒計(jì)時(shí)方式。交通燈控制電路主要由控制器、時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、譯碼顯示電路及信號(hào)燈組成。控制器由74LS74來實(shí)現(xiàn)，時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器用555多諧振蕩器產(chǎn)生，計(jì)

4、數(shù)器采用兩個(gè)74LS192來實(shí)現(xiàn)，顯示電路經(jīng)過74LS192的倒計(jì)數(shù)、七段顯示譯碼器74LS47及七段數(shù)碼顯示器連接起來實(shí)現(xiàn)。控制器通過對(duì)定時(shí)器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字的顯示及綠、紅燈的轉(zhuǎn)換。利用Multisim 10對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，可以驗(yàn)證交通指示燈控制電路原理圖的正確性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：555定時(shí)器；譯碼器；計(jì)數(shù)器；電路仿真</p><p><b>　　目

5、 錄</b></p><p><b>　　1. 設(shè)計(jì)背景1</b></p><p><b>　　1.1社會(huì)背景1</b></p><p>　　1.2掌握Multisim軟件和Altium Designer軟件1</p><p><b>　　2. 設(shè)計(jì)方案1</

6、b></p><p>　　2.1 任務(wù)分析1</p><p>　　2.2 方案論證1</p><p><b>　　3. 方案實(shí)施2</b></p><p>　　3.1 原理圖設(shè)計(jì)2</p><p>　　3.2 電路仿真5</p><p>　　3.3 PCB

7、制作6</p><p>　　3.4 安裝與調(diào)試7</p><p>　　4. 結(jié)果與結(jié)論7</p><p>　　5. 收獲與致謝7</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)8</b></p><p><b>　　7. 附件8</b></p><

8、p>　　7.1 電路原理圖8</p><p>　　7.2 PCB布線圖8</p><p>　　7.3 元器件清單10</p><p><b>　　1. 設(shè)計(jì)背景</b></p><p><b>　　1.1社會(huì)背景</b></p><p>　　隨著“數(shù)字化”的浪潮席

9、卷幾乎一切領(lǐng)域。由于電子產(chǎn)品更新的快，新產(chǎn)品開發(fā)速度日新月異 ，所以對(duì)數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，促進(jìn)了數(shù)字化的飛速發(fā)展。數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過程和方法也在不斷的發(fā)展和完善。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)主要是：了解基本的數(shù)字電路知識(shí)，學(xué)習(xí)基本的集成元件的連接方法，以掌握電子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，并且運(yùn)用這些知識(shí)設(shè)計(jì)交通指示燈電路。了解基本的集成芯片并且運(yùn)用之以根據(jù)要求設(shè)計(jì)交通指示燈電路。</p>

10、<p>　　1.2掌握Multisim軟件和Altium Designer軟件</p><p>　　Multisim軟件是由加拿大IIT公司推出的大型設(shè)計(jì)工具軟件。它不僅提供了電路原理圖輸入和硬件描述語(yǔ)言模型輸入的接口和比較全面的仿真分析功能，同時(shí)還提供了一個(gè)龐大的元、器件模型庫(kù)和一整套虛擬儀器表，可以滿足對(duì)一般的數(shù)字邏輯電路、模擬電路、模擬電路以及數(shù)字-模擬混合電路進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的需要。Altiu

11、m Designer軟件是一個(gè)高效的PCB制版軟件，能夠掌握Multisim軟件的使用和Altium Designer軟件有助于學(xué)習(xí)數(shù)字電路。</p><p><b>　　2. 設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1 任務(wù)分析</b></p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，分析可知，交通燈控制電路主要由控制器

12、、時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、譯碼顯示電路及信號(hào)燈組成。用555定時(shí)器產(chǎn)生矩形脈沖，用計(jì)數(shù)器和譯碼器實(shí)現(xiàn)置數(shù)，控制數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)工作，用D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)紅綠燈的變化。</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p>　　在交通指示燈電路中，由555定時(shí)器、2個(gè)的電阻2個(gè)電容一起構(gòu)成的周期為一秒的時(shí)鐘周期發(fā)生器，為電路提供時(shí)鐘信號(hào)，支持電路工作。我們通過兩個(gè)雙

13、向可逆計(jì)數(shù)器74LS192來構(gòu)成30—0的數(shù)字，個(gè)位四個(gè)端口接0000，十位四個(gè)端口接0011，從而完任務(wù)。通過譯碼器74LS47接數(shù)碼管完成顯示功能。</p><p><b>　　3. 方案實(shí)施 </b></p><p><b>　　3.1 原理圖設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)<

14、;/b></p><p>　　555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字、模擬混合集成電路，可連接成多諧振蕩電路，產(chǎn)生單位脈沖，用于觸發(fā)計(jì)數(shù)器。555定時(shí)器的邏輯符號(hào)圖如圖1所示。如圖2所示為555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。</p><p>　　圖1 555定時(shí)器的邏輯符號(hào)圖</p><p>　　圖2 由555定時(shí)器構(gòu)成的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路</p><

15、p><b>　　2.計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　74LS192為同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入能實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，并具有清除和置數(shù)等功能，所以可采用74LS192實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)。接入74LS192的倒計(jì)時(shí)控制端CNT DWM端，讓其實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。第二部分倒計(jì)時(shí)控制電路需要用到兩片74LS192，接入脈沖信號(hào)的74LS192的預(yù)置數(shù)為0000，由該芯片的借位輸出端TC

16、 DWN控制第二片74LS192（該芯片的預(yù)置數(shù)為0011）的倒計(jì)時(shí)控制端，用于實(shí)現(xiàn)當(dāng)個(gè)位由九變?yōu)榱銜r(shí)，十位數(shù)值減少一，從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)30秒的功能。第二部分的兩個(gè)芯片的預(yù)置數(shù)控制端和預(yù)置數(shù)為0011的芯片的借位輸出端連在一起，用于實(shí)現(xiàn)每倒計(jì)時(shí)30秒后，兩個(gè)芯片返回為預(yù)置數(shù)，即重新從30秒開始倒計(jì)時(shí)。74LS192的引腳排列如下圖3所示。計(jì)數(shù)電路圖如下圖4所示。</p><p>　　圖3 74LS192引腳排列圖

17、</p><p><b>　　3.紅綠燈顯示設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由預(yù)置數(shù)為0011的74LS192的借位輸出端TC DWN作為此芯片的輸入控制端，該部分的基本部分為由D觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器，并將兩路紅綠燈分別接在觸發(fā)器的兩個(gè)輸出端。每當(dāng)有一個(gè)錯(cuò)位信號(hào)輸入時(shí)觸發(fā)器產(chǎn)生一個(gè)高電平可控制紅綠燈的狀態(tài)變化，進(jìn)而達(dá)到控制紅綠燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。紅綠燈顯示電路圖如圖5所示

18、。</p><p><b>　　4.顯示電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　顯示電路由兩片74LS47實(shí)現(xiàn)譯碼功能，再由兩個(gè)七段共陽(yáng)極數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)顯示輸出功能。具體連接方法是譯碼器74LS47作為驅(qū)動(dòng)和共陽(yáng)極數(shù)碼管相連接，這樣可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管所顯示的數(shù)字。顯示電路如下圖6所示。</p><p><b>　　圖4 計(jì)數(shù)電路圖

19、</b></p><p>　　圖5 紅綠燈顯示電路圖</p><p><b>　　圖6 顯示電路圖</b></p><p><b>　　3.2 電路仿真</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的是Multisim 10。此軟件是一款知名的EDA仿真軟件，由加拿大IIT、公司于200

20、7年推出最新版本。在Windows環(huán)境下，Multisim 10軟件有一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，它將原理圖的創(chuàng)建、電路的測(cè)試分析、結(jié)果的圖表顯示等全部集成到同一個(gè)電路窗口中。</p><p>　　在各單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照總體電路圖在仿真軟件Multisim 10上選擇芯片并進(jìn)行連接，將電路在Multisim 10上連接好后，為各個(gè)電阻和電容選取適當(dāng)值，然后啟動(dòng)開關(guān)，根據(jù)數(shù)碼管顯示和紅綠燈亮滅情況判斷電路是否

21、正常。然后發(fā)現(xiàn)用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率理論值為1Hz，可能因?yàn)殡妷旱牟环€(wěn)定，在開始時(shí)數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)頻率的時(shí)間并不為1s，在循環(huán)過一次后，30秒倒計(jì)時(shí)頻率為1秒，紅綠燈亮滅情況正常。根據(jù)仿真結(jié)果可知電路原理無(wú)誤，可以進(jìn)行PCB板布線。交通指示燈電路仿真圖如圖7所示。</p><p>　　圖7 交通指示燈電路仿真圖</p><p>　　3.3 PCB制作</p>

22、;<p>　　在布線前要在Altium Designer中完成對(duì)電路圖中各元件的封裝。在封裝時(shí)要注意，對(duì)于同一個(gè)元件可能有多種封裝方式，封裝時(shí)根據(jù)所給元件的類型選擇合適的封裝對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行封裝。封裝完成后，把原理圖導(dǎo)入PCB板。導(dǎo)入PCB板后，再對(duì)元件的位置重新手動(dòng)擺放，使盡量少的線重疊，以減少布</p><p>　　線時(shí)的跳線出現(xiàn)。具體需要注意的事項(xiàng)如下。 </p><p&

23、gt;　　1. 首先將原理圖導(dǎo)入PCB制板，設(shè)定板子大小。由于第一次使用，PCB的布局不甚緊湊，所以板子初選較大，單位采用公制mm。且在現(xiàn)有資源的要求下，使用單層覆銅板，元器件封裝形式均為直插式。</p><p>　　2. PCB布局緊湊美觀，便于布線。其中過孔的大小和焊盤的大小一致，電源線和地線要求為0.6mm，從兩個(gè)焊盤中間穿過時(shí)用0.3mm，信號(hào)線采用0.5mm，如果從兩個(gè)焊盤中間穿過時(shí)用0.3mm。焊盤的

24、內(nèi)徑用0.8mm。外徑根據(jù)需要進(jìn)行修改，一般為X方向1.6 mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。</p><p>　　3. 最后進(jìn)行PCB打印，制成電路板，用打孔機(jī)在電路板上的焊盤上打孔，然后把板子上的銅用酸腐蝕掉。</p><p><b>　　3.4 安裝與調(diào)試</b></p><p>　　在電路的安裝過程中注意

25、元器件特別是發(fā)光二極管是否接反，電路焊制過程中，焊錫千萬(wàn)不要與銅融合以防止短路。電路完成安裝后，進(jìn)行第一次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)電路工作不理想，仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)電路中存在斷路，用跳線把斷開處焊接好之后，用萬(wàn)用表測(cè)時(shí)后發(fā)現(xiàn)電路斷開處正常工作。進(jìn)行第二次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)電路不穩(wěn)定，用萬(wàn)用表調(diào)試后發(fā)現(xiàn)電路中存在短路。認(rèn)為是銅和焊錫的少量融合，于是吸錫后重新焊接，進(jìn)行調(diào)試后發(fā)現(xiàn)問題得到解。第三次調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，電路顯示模塊不工作，進(jìn)行若干次修改，問題仍沒得到解決。&l

26、t;/p><p><b>　　4. 結(jié)果與結(jié)論</b></p><p>　　將弄好的PCB版圖進(jìn)行元器件的排放，在盡量少用跳線的指導(dǎo)下進(jìn)行布線工作。再根據(jù)做好的PCB圖來進(jìn)行制板工作，最終制成一塊合適的電路板。再在所做的電路板上進(jìn)行元器件的焊接工作，焊接完后進(jìn)行電路的檢查，看所焊電路板電路是否正常工作。最后加上5v電壓后，電路顯示模塊不工作，進(jìn)行若干次修改，問題仍沒得到解

27、決。</p><p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，從理論到實(shí)踐，我從中學(xué)到了很多，對(duì)各種元器件有了充分的了解，培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力，在學(xué)習(xí)書本知識(shí)的同時(shí)，加深了我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)這門課程的理解和掌握。并使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能真正弄懂，弄明白。這次我從理論原理到

28、設(shè)計(jì)制作充分學(xué)習(xí)與掌握。并且知道了自己原先學(xué)習(xí)中的不足，加深了對(duì)我的數(shù)電更深層認(rèn)識(shí)。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)過程中我要感謝張?zhí)禊i老師，李立老師的耐心指導(dǎo)以及在設(shè)計(jì)中給出的寶貴建議和意見，教會(huì)了我正確使用Altium Designer和Multisim 10，還要感謝我的搭檔在這些過程中給我的幫助。</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)</b></p

29、><p>　　[1]童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2005.</p><p>　　[2]臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2005.</p><p>　　[3]邱關(guān)源,羅先覺.電路（第五版）[M].北京:高等教育出版社,2006.</p><p>　　[4]閻 石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）[M].北京:

30、高等教育出版社,2005.</p><p>　　[5]張陽(yáng)天,韓異凡.Protel DXP電路設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2005.</p><p><b>　　7. 附件</b></p><p><b>　　7.1 電路原理圖</b></p><p>　　電路原理圖如圖8所示。</p&

31、gt;<p><b>　　圖8 電路原理圖</b></p><p>　　7.2 PCB布線圖</p><p>　　PCB布線圖如圖9所示。</p><p>　　圖9 PCB布線圖</p><p><b>　　7.3 元器件清單</b></p><p>　　元