1、 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：学生姓名：学 号：专业班级：指导教师：2016 年 5 月 26 日成绩课 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 专业、年级、 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
2、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.Altium Designer 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 16
3、日-5 月 17 日 Multisim 软件培训以及电路设计与仿真5 月 18 日-5 月 20 日用 Altium Designer 设计原理图以及 PCB 板的设计5 月 23 日-5 月 25 日 PCB 板的制作，电路的安装和调试工作5 月 26 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：2016 年 5 月 16 日任务完成日期： 2016 年 5 月 26 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，该电路实现了红灯亮时表示停止，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
4、停止时间用数码管显示，采用倒计时方式。该电路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。利用 Altium Designer 软件对电路进行了原理图和 PCB 的设计，并对电路进行了安装和调试，调试结果可以正常工作。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 11.1 社会背景 11.2 课题背景 12.设计方案 12.1 任务分析 12.2 方案论证23.方案实施 23.1 原理
5、图设计23.2 电路的仿真73.3 PCB 的制作83.4 安装与调试84. 结果与结论 85. 收获与致谢 96. 参考文献 107. 附件 1001.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
6、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
7、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。12.2 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 74LS1
8、92 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
9、 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。2图 1 555 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 5K 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C
10、V321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C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。CV1是复位端，当其为 0 时，555 输出低电平。平时该端开路或接 。DR CVVCO 是控制电压端（5 脚） ，平时输出 作为比较器 A1 的参考电平，当CV325 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
11、 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。2ln3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
12、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。4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 4 74LS192 引脚排列图5图 5 74LS192 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 Q 来显示的。其工作原理图如图 6 所示。图 6 触发电路电路图63.1.4 译码电路的设计用 74LS47 是 4 线七段译码
13、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 8
14、。7图 8 交通灯仿真电路图3.3 PCB 的制作在 Altium Designer 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
15、0.9mm 或 0.85mm。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。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8要求，我们在开始原理图的制作和 Multis
16、im 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 Altium Designer 软件和 Multisim 软件，自我感觉 Altium Designer 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
17、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老师的耐心指导以及在设计中给出的
18、宝贵建议和意见，教会我对 Altium Designer 和 Multisim 的使用，以及搭档在设计原理图中所做的帮助，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91谷树忠，刘文洲，姜航.Altium Designer 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
19、10图 10 交通灯 PCB 图图 11 交通灯仿真图11图 12 打印预览图12图 13 交通灯实物图13表 1 元器件清单器件名称 参数/数量LED 灯 474LS74 2D 触发器174LS192N 可逆十进制计数器274LS47 共阳极驱动器2555 定时器 计时1共阳极数码管 显示数字248k151k1电阻100410nf1电容10uf1排针 214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
