課程設計--交通指示燈電路設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題 目： 交通指示燈電路設計 </p><p>　　課程名稱： 數字電子技術 </p><p>　　學 院：電子信息與電氣工程學院 </p><p>　　學生姓名： &

2、lt;/p><p>　　學 號： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　20 年 月 日</p><p>　　課 程 設 計 任

3、 務 書</p><p><b>　　交通信號燈電路設計</b></p><p>　　摘 要：本次設計的都是交通信號燈的電路設計，該電路能形成30秒的紅燈和綠燈的交替，使紅燈停綠燈行得以交通的“指揮”。該電路由三部分組成：多謝振蕩器模塊、倒計時和譯碼顯示模塊、指示燈驅動模塊。運用兩片十進制可逆計數器74LS192、555計時器和兩片74LS47觸發(fā)器，做成30進制倒

4、數計數器。從而，數碼管從30開始計數，個位由0開始，向十位借一，十位變?yōu)?，個位從9變?yōu)?，然后再向十位借一。由此，當十位變?yōu)?，個位變?yōu)?時，向LED燈輸出一個信號，此時 ，LED燈變色。按照此規(guī)律，就可進行對交叉路口的交通指揮。</p><p>　　關鍵詞: 倒計時；30進制；紅燈；綠燈</p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

5、t;p>　　1.設計背景…………………………………………………1</p><p>　　1.1課程設計的實踐………………………………………1</p><p>　　1.2數字系統(tǒng)的現代設計方法……………………………1</p><p>　　1．3數字系 設計的基本流程.…………………………1</p><p>　　2.設計方案………………………

6、…………………………2</p><p>　　2.1設計任務………………………………………………2</p><p>　　2.2任務分析……………………………………………… 2</p><p>　　3方案實施…………………………………………………3</p><p>　　3.1電路的模塊設計………………………………………3</p>&

7、lt;p>　　3.2電路的PCB制作………………………………………6</p><p>　　3.3 安裝與調試……………………………………………………6</p><p>　　4結果和結論………………………………………………7</p><p>　　4.1實踐結果………………………………………………7</p><p>　　4.2實踐總結………

8、………………………………………7</p><p>　　5收獲與致謝………………………………………………8</p><p>　　6參考文獻…………………………………………………8</p><p>　　7附件………………………………………………………8</p><p>　　7.1所使用的電子器件清單………………………………… 8</p>

9、;<p>　　7.2原理圖的實物圖…………………………………… 9</p><p>　　7.3電路圖的PCB制圖………………………………………… 9</p><p>　　7.4實踐實物圖………………………………………………… 10</p><p><b>　　1. 設計背景</b></p><p>　　1.

10、1 課程設計的實踐</p><p>　　本次課程實踐活動，是學校精心為學生安排的一個綜合程度高、實踐性強的把理論轉化為實際的活動。本學期，我們學習了數字電子技術，模擬電子技術基礎，Altium Designer軟件。而此次的課程設計就包含了這四項課程的練習，并且在后面的焊接過程中，又復習了一下大二上學期學習的焊接技術。因而，此次實踐活動是一次綜合程度高，實踐性強的一次特殊訓練，更有利于大學生以后的實踐動手能力和對

11、問題的綜合性考慮及分析認識。</p><p>　　1.2 數字系統(tǒng)現代設計方法</p><p>　　由于數字電子技術的飛速發(fā)展，數字系統(tǒng)設計的復雜程度也相應提高，利用傳統(tǒng)的設計方法已經不能滿足現代數字系統(tǒng)的雙核機的要求。目前有很多種設計方法，經常采用自項向下的設計方法。</p><p>　　自項向下的設計方法簡單講就是從整體到局部、最后到細節(jié)的設計方法，即設計者先從

12、數字系統(tǒng)的整體功能出發(fā)，進行最頂層的系統(tǒng)設計，然后將整個系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，再將每個子系統(tǒng)分成若干功能模塊，功能模塊還可分成子功能模塊，直至分成許多可以有最基本的邏輯功能部件實現小功能模塊。</p><p>　　在自項向下的設計過程中，最重要的是將整個系統(tǒng)或子系統(tǒng)劃分成控制電路和若干數據處理電路，數據處理電路一般都有現成的邏輯功能模塊，因而系統(tǒng)設計的主要任務是設計系統(tǒng)的控制電路，控制邏輯關系最為復雜，是數字系統(tǒng)設

13、計中的關鍵。</p><p>　　1.3 數字系統(tǒng)設計的基本流程</p><p>　　一個數字系統(tǒng)的設計，從提出任務到完成設計，主要包括任務分析、確定總體方案、系統(tǒng)功能劃分、邏輯設計和物理設計等幾個步驟，基本流程如圖1-3所示</p><p>　　圖1-3數字系統(tǒng)設計基本流程</p><p>　　任務分析，明確設計要求。在開始對一個數字系統(tǒng)設

14、計進行設計之前，首先應對該系統(tǒng)進行充分調研，深入了解該系統(tǒng)的功能、性能指標、工作環(huán)境等，明確系統(tǒng)的輸入信號有哪些，輸出信號有哪些，對輸入和輸出信號有什么要求等，只有在明確設計要求的基礎上才能進行該系統(tǒng)設計。</p><p>　　確定系統(tǒng)的總體方案。對于一個具體數字系統(tǒng)的設計，可能有多種不同的設計方案，方案的優(yōu)劣直接影響了整個數字系統(tǒng)的的質量，因此，要從系統(tǒng)的實現原理、性能、成本、可靠性等方面來綜合考慮，最終確定設

15、計方案。</p><p>　　系統(tǒng)功能劃分。系統(tǒng)總體設計方案確定后，可以根據所要設計的數字系統(tǒng)的特點，將整個系統(tǒng)劃分為若干個子系統(tǒng)，一般可分為控制子系統(tǒng)和數據處理子系統(tǒng)。</p><p>　　邏輯設計。把功能模塊所描述的邏輯功能進行邏輯設計，詳細的給出實現該邏輯功能的硬件描述和軟件描述。</p><p>　　物理設計。物理設計也成為電路設計，是用具體的電路結構來實現

16、功能模塊的邏輯功能</p><p><b>　　2. 設計方案</b></p><p><b>　　2.1設計任務</b></p><p>　　設計一個簡易的十字路口交通燈控制器。在十字路口，為了確保行人和車輛安全，在每個交叉口都設置了交通信號燈，交通信號燈由綠燈和紅燈組成，用以指示車輛和行人有序的通行，其中各條道路上的紅

17、燈表示該條道路禁止通行，綠燈亮 表示該條道路路允許通行。各條道路允許通行或禁止通行用數碼管顯示，</p><p>　　十字路口交通燈的工作情況為每條道路允許通行或禁止通行的時間都為30秒</p><p><b>　　2.2 任務分析</b></p><p>　　根據設計任務可知，交通燈控制器只有兩種工作狀態(tài)，每個工作狀態(tài)應保持一定的時間，來確保

18、十字路口車輛和行人的安全通行，并且這兩個工作狀態(tài)可以自行轉換。其中一個干道是綠燈，另一個干道是紅燈。</p><p>　　為了使交通燈控制器在每個狀態(tài)規(guī)定的時間正常工作，需要設置秒脈沖發(fā)生電路，它即可以作為整個電路的時鐘信號，又可作為倒計時電路的時間信號。為了能夠對通行時間進行倒計時，需要設置30秒 定時電路，它接收外部提供的秒基準信號。并且控制器在每個狀態(tài)運行期間要發(fā)出控制信號，以驅動每條道路的指示燈。<

19、;/p><p>　　經過以上分析可知，交通燈控制器可以由控制模塊、秒脈沖控制模塊、倒計時和譯碼顯示模塊、指示燈驅動模塊等組成。</p><p><b>　　3. 方案實施</b></p><p>　　3.1 電路的模塊設計</p><p>　　多諧振蕩器的設計。秒脈沖產生電路可以用多諧振蕩器產生，多諧振蕩器采用555定時器構

20、成其電路圖如圖（1）。圖（1）中555定時器的1端接地，4端和8端接電源，5端通過10nF的電容地，7端通過電阻R1接電源，2端與6端接在一起，并通過電阻R2接7端、通過電容C接地，這樣便構成了多諧振蕩器。如果電阻R1=R2=48kΩ，C=10uF，根據電路振蕩周期T=（R1+2R2）Cln2</p><p>　　可知，T=0.998S≈1S</p><p>　　圖（1）多謝振蕩器電路圖&

21、lt;/p><p>　　倒計時和譯碼顯示模塊。倒計時和譯碼顯示模塊主要由計數器、顯示譯碼器和數碼管組成。由于電路進行30進制減法計數，因此可以設計一個初值設定為30的減法計數器，.數碼管采用共陽極數碼管，另外，顯示譯碼器和數碼管配合使用，以構成顯示電路。如圖所示。圖（2）中74LS192為10進制可逆計數器，數碼管采用共陽極數碼管，顯示驅動電路采用74LS47.兩片74LS192構成30進制減法計數器。U為計數器10

22、位，U6為計數器個位，計數脈沖從個位74LS192的DOWN端輸入，個位的借位輸出信號接十位74LS192的DOWN端，并且兩片的UP端都接高電平，以保證計數器工作在技術狀態(tài)。兩片74LS192的預置數輸入端需要接控制信號。74LS47可以將輸入的BCD代碼譯成共陽極數碼管所需的驅動代碼，因此將74LS47的數據輸入端直接和74LS192的輸入端相連。</p><p>　　圖（2）倒計時和譯碼顯示沒款電路圖<

23、;/p><p>　　指示燈驅動模塊。該模塊用于驅動每條道路上的紅燈和綠燈，使紅燈和綠燈與倒計時顯示模塊相互配合，指示每條導通的通行狀態(tài)。指示燈驅動電路設計如下圖。圖中74LS74是帶有清零和置數功能的JK觸發(fā)器，74LS74的預置數端接控制信號，輸入端J、K接高電平，時鐘輸入信號接十位計數器的倒計時借位信號輸出端，輸出端Q低點評時，觸發(fā)器被置成Q=1，Q，=0,LED1和ＬＥＤ２亮,。當控制信號變?yōu)楦唠娖胶?，觸發(fā)器的

24、狀態(tài)受時鐘信號控制，當倒計時借位信號有效時，觸發(fā)器輸出狀態(tài)翻轉，即變?yōu)椋眩剑?，Q，＝１，ＬＥＤ３和ＬＥＤ４亮，所以兩條交叉路得以正常運行。如圖（3）所示。</p><p>　　圖（3）指示燈驅動模塊電路圖</p><p>　　3.2 該交通燈電路設計的ＰＣＢ制作</p><p>　　在Multisim軟件中對該電路進行仿真，仿真正確后，再在Altium Design

25、er中畫出原理圖，然后，將每個元件按照正確的封裝類型進行封裝，經檢查無誤后將原理圖導入PCB板中，生成PCB圖。</p><p>　　在PCB板中，電源線應用0.8mm，其余連線應采用0.5mm，少數線需要過小的縫隙時可選用0.4mm的線，焊盤大小為X為2.0mm，Y為1.5mm。</p><p>　　在布線時應選用手動布線，移動器件的位置，使連線簡潔、明了，并盡可能的使用藍線，減少紅線的

26、使用。</p><p>　　PCB板的線布好以后，仔細檢查布線，看看有沒有交叉的藍線，有沒有過于密集的藍線，線的粗細是否合適，檢查時可以請老師或同學幫忙。最后PCB板經老師檢驗無誤后，可以進行制板。</p><p><b>　　3.3 安裝與調試</b></p><p>　　得到元器件后，我們按照原理圖和PCB圖，對其進行組裝，慎重起見，我們先

27、焊裝了芯片的的底座，及電阻，經確定焊接無誤后，我們開始安裝各個芯片，保證各個芯片所在完全與圖紙吻合。然后開始裝電容，因為要保證電容極性正確，我們先給電路通上適當電壓，兩表筆分別正反接，以確定電壓大小方向，然后焊裝電容。最后得到完成的電路板。</p><p>　　安裝完以后，我們對整個電路通以適當電壓，結果電路并沒有按照預想的那樣順利運行。數碼管沒有數字顯示，燈也不亮。然后我們又對各個地方逐一排查，最后確定是一處焊

28、接與另一處相連，使得整個電路不能完好運行。我們又對該處進行清理焊接，最終使得電路正常運行。實驗順利完成。</p><p><b>　　4. 結果與結論</b></p><p><b>　　4.1 實踐結果</b></p><p>　　此次對74LS47、74LS192、74LS74和555定時器的一個組裝，使我們順利完成了

29、30進制倒計時信號燈的安裝。經過焊接后的調試，我們的交通信號燈能夠正常按照預想實行指揮交通的功能。其中，兩個共陽極數碼管能夠很好地運行30進制倒計時顯示：個位從0，十位從3開始計時；進而，,個位向十位借1，按此規(guī)律進行倒計時。另外，4個LED燈也能夠正常的在30秒內分別亮起，即這個30秒內LED1和LED3亮，下一個30秒內LED2和LED4亮，正好使兩條交叉路的運行時間差開，使指揮交通這項任務得以順利執(zhí)行。</p>&l

30、t;p><b>　　4.2 實踐總結</b></p><p>　　此次實踐活動，是一個很好的理論聯系實際的措施，是一個很好鍛煉大學生動手能力的活動。此次我們做的交通燈，我們盡可能的使電路簡單、經濟、實用，完全按照電路設計的基本要求。雖然，活動中我們遇到不少問題，但在我們齊心協力之下，這些問題都被我們打敗，反而是我們成功路上的墊腳石，更加激發(fā)了我們對勝利的渴望。最終勝利完成任務。<

31、/p><p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　通過此次兩周的課程設計，我們設計出了30秒倒計時交通信號燈，該信號燈能很好的在十字路口工作，指揮車輛允許通行及禁止通行。此次設計我們遇見的主要問題是原理圖的設計和原理圖的封裝。為此，我們把需要用到的各種元件的功能及作用有了更詳細、更全面的認識，同時對.Altium Designer 、Mulitisi

32、m兩種仿真軟件有了更加深刻的認識和更加熟練的操作技巧。另外也再次復習了課本上面的各種知識。通過此次兩周的課程設計，我們基本對課本上面的知識點有了一個系統(tǒng)的復習。</p><p>　　因此，在這里對xx老師表示感謝。是你們?yōu)槲覀冮_拓了一個把理論與實踐相結合的平臺的，讓我們對知識有了全新系統(tǒng)的認識，讓我們有了理論聯系實際的能力。另外，感謝胡老師在這次課程實踐活動中對我們遇到的問題的指點，使我們在此次活動中有了更順利的

33、進行。</p><p>　　此外，還要感謝隊友，感謝他們的合作，感謝他們?yōu)樽鲈韴D奮斗到深夜。感謝那些在實踐過程中給予我們幫助的可愛的同學。</p><p><b>　　6. 參考文獻</b></p><p>　　[1]邱關源，羅先覺.電路（第五版） [M.].北京：高等教育出版社， 2006</p><p>　　[2]

34、張?zhí)禊i.數字電子技術 [M].北京：北京大學出版社， 2012.</p><p>　　[3] 谷樹忠,劉文洲.Altium Designer教程 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2005.</p><p><b>　　7. 附 件</b></p><p>　　7.1 圖中所使用的電子器件清單如表7-1。</p><p

35、>　　表7-1 電路板中的器件清單</p><p>　　7.2 此次實踐的原理圖如圖7-2。</p><p>　　圖7-2 交通信號燈原理圖</p><p>　　7.3 此次設計PCB制圖如圖7-3。</p><p>　　圖7-3 交通信號燈PCB制圖</p><p>　　7.4 電路實物圖如圖7-4。&