1、课 程 设 计 说 明 书课程名称： 数字电子技术 设计题目： 交通指示灯 院 系： 电子信息与电气工程系 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 2011 年 5 月 25 日课 程 设 计 任 务 书设计题目 交通指示灯学生姓名 所在院系 电子信息与电气工程学院 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简易控制电路；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。学生应完成的工作：设计交通指示灯的工作原理，并利用 Multisim 软件进行电路仿真。利用 DXP 软件绘制电路原理图，
2、并设计制作电路的 PCB 板。根据设计原理对电路进行安装、调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。参考文献阅读：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阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5张阳天 韩异凡 Protel DXP 电路设计M.北京：高等教育出版社，2005.工作计划： 5 月 16 号18 号完成原理图的设计；5 月 19 号22 号进行 PCB 设计；5 月 23 号25 号制作 PCB
3、板；5 月 26 号 27 号电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期： 2010 年 5 月 16 日任务完成日期： 2010 年 5 月 27 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 交通指示灯摘 要：用 555 定时器构成的多些振荡器来控制产生周期为一秒的脉冲信号，用两片 74LS192N 可逆十进制计数器实现倒计时功能控制，在倒计时显示方面用 74LS247N 来实现倒计时的译码功能，用 74LS247N 外接的共阳极数码管来实现译码显示功能。在倒计时控制部分的两片 74LS192N，其中，第一片 74LS192N 的预置数从高到低依次接 0011（对应的十进制数为 3） ，第二
4、片 74LS192N 的预置数从高到低依次接 0000（对应的十进制数为 0） 。要注意的是与 74LS247N 相连的数码管是共阳极的。关键词： 555 多谢振荡器；倒计时控制；芯片预置数；译码显示目 录1.设计背景 11.1 了解数字电路系统的定义及组成11.2 掌握时钟电路的作用及基本构成12.设计方案12.1 任务分析12.2 方案论证23.方案实施 23.1 原理图设计23.2 电路仿真43.3 PCB 制作64.结果与结论75.收获与致谢76.参考文献87.附件 97.1 电路原理图97.2 PCB 布线图107.3 元器件清单1011. 设计背景1.1 了解数字电路系统的定义及组
5、成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。在交通指示灯的设计中用 NE555 构成的多谐振荡器来产生周期为一秒的连续脉冲信号，将该脉冲信号接入到倒计时控制模块的信号输入端来实现信号的输入控制。1.2 掌握时钟电路的作用及基本构成时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控
6、制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。比如多路可编程控制器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。此次课程设计所选的项目交通指示灯，用到的是由 555 构成的脉冲频率为 1Hz（即周期为一秒）的多谐振荡器，用以控制可逆十进制计数器 74LS192N 的倒计时控制端，让其实现倒计时功能。该多谐振荡电路，由 555 集成芯片和两只 47K 的电阻外加两个10uF 的极性构成，在经过仿真验证后
7、，其脉冲频率确为 1Hz，符合设计所要求的脉冲频率。2. 设计方案2.1 任务分析设计要求：1、设计制作一个十字路口的交通指示灯简易控制电路；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。 2此电路主要包括四部分：第一部分信号产生电路是由 NE555 构成的脉冲周期为一秒的多谐振荡器，用其产生的连续脉冲信号控制第二部分的可逆十进制计数器74LS192N，该脉冲信号接入 74LS192N 的倒计时控制端 CNT DWM 端，让其实现倒计时功能。第二部分倒计时控制电路需要用到两片 74LS192N，接入脉冲信号的 74
8、LS192N 的预置数为 0000，由该芯片的借位输出端 TC DWN 控制第二片 74LS192N（该芯片的预置数为 0011）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。第二部分的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。第三部分为译码显示部分，由两片 74LS247N 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。第四部分为 74LS74 控制的红绿灯显示部分，由预置数为 0011 的 74LS192N 的借位输出端 T
9、C DWN 作为此芯片的输入控制端，该部分的基本部分为由 D 触发器构成的 T 触发器，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。由以上四个基本部分构成的电路即可实现交通灯设计要求。2.2 方案论证频率为 1Hz 时钟脉冲电路用 555 定时器接成多谐振荡器来实现。倒计时控制电路由两片十进制可逆计数器 74LS192N 实现倒计时 30 秒功能，译码显示电路采用两片74LS247N 译码器外接两个共阳极七段数码管实现译码显示功能，红绿灯控制电路由一片 74LS74 接成的 T 触发器控制两对红绿灯的状态翻转。3. 方案实施3.1 原理图设计选择合适的数字器件，应用
10、DXP 或其他 EDA 软件绘制各单元的逻辑电路图。用555 定时器设计的多谐振荡器下图所示：3. TRIG2OUS4CVL5H6D78N1E0uF9K2、倒计时控制电路： PQWM3、译码显示电路：4B1C2LT3I/RO5D6A7Y90GN8VUS.uFKfgedcPbapy l-Q4、红绿灯控制电路：54CLK3D21Q6RPU9ASN7EGV03.2 电路仿真在各单元电路设计的基础上，用 EDA 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，验证设计的正确性。.用 555 定时器构成的多谐振荡器的振荡频率理论值为 1Hz，电
11、路仿真的结果为 1Hz.Multisim 中的电路仿真图：6示波器显示的 555 多谐振荡器输出的频率为 1Hz 的脉冲波形图：73.3 PCB 制作根据 Multisim 中的仿真图用 EDA 软件 Altium Designer 画出电路原理图，在确定合理的元器件封装后，导入到 PCB 设计环境中，在层堆管理中设置为单层板，在 PCB制作过程中根据模块化设计理念合理布置元器件，力图实现设计的美观和元器件布置的紧凑，以及布线的最优化。地线和电源线即 VCC 和 GND 采用 0.8 毫米线宽布线，信号线采用 0.6 毫米线宽布线，当导线通过两个焊盘之间时切换到 0.4 毫米线宽布线，焊盘采用
12、 X 方向 2.0 毫米，Y 方向 1.6 毫米。在经过多次修改和调整后并综合指导教师意见，确定了最终布局以及 PCB 板的大小，然后打印输出制成印刷电路板。3.4 安装与调试在电路板制作完成后，将所需要的元器件放到每个元器件所在的封装的位置，放置完成检查无误后进行焊接。在焊接时应注意控制焊锡的量度，即不能太多也不能太少，要恰好能覆盖焊盘，不能溢出。焊接完成后进行电路的调试，接上电源用观察电路是否能够正常工作。8接上电源后发现电路能够正常工作，红绿灯变化正常，但红灯熄灭时并不彻底仍有残存光亮，经指导教师指导调试后，该问题得到较好的解决。数码管显示倒计时 30秒正常，基本达到设计要求。4. 结果
13、与结论在设计电路图的过程中经过了多次分析和仿真验证，并结合所给的器件清单最后确定了需要哪些元器件来实现电路的功能，并且保证了所需要的元器件在所给出的器件清单的限制之内。在经过 Mulitisim 软件多次仿真和修改后，在仿真电路图实现设计要求的前提下确定了最终的原理图。然后在 EDA 设计软件 DXP 中画出来对应的原理图，再导入到 PCB 设计环境中，进行 PCB 设计。在经过小组内多次讨论和听取指导教师意见后确定了 PCB 的最终布局，布线完成后打印输出制成印刷电路板。将所用到的元器件放到相应的封装位置，检查无误后进行焊接。焊接完成后，接入电源后，数码管显示 30 秒倒计时正常，红绿灯状态
14、转换正常，电路能够正常工作并得到了指导教师的肯定。总体上来说，电路布局合理，采用了模块化的布局方式即先布局各个功能模块，再将各个功能模块连接在一起组成最终的电路，但是电路还是存在一定的不合理之处，在合理布局和美观方面存在一些冲突，功能模块之间的布局略显宽松，但功能模块内的布局较为合理。该电路的最大的一个缺点就是并未布置开关，虽然这个缺陷可以用外接电源模块上的开关来加以弥补，但其仍为该电路不可忽视的缺点。5. 收获与致谢这次时间为两个星期的课程设计试验大大培养了我的动手能力和同学间的相互合作精神。经过此次数电课程设计培养了我的思考能力和动手能力，并学会了如何将从课本上学习到的知识转化到实际应用当
15、中，并且在指导老师的精心指导之下掌握了Mulitisim 和 EDA 设计软件 DXP 的基本操作，为以后熟练运用上述软件打下了坚实的基础，并培养了初步的电路设计能力。另外9通过此次课程设计让我再次体会到团队合作的重要性，小组内成员能够积极参与，积极讨论，分工合作，每个人都认真设计了电路中的一个相应的模块，并在各个模块设计完成后在组内进一步讨论，以确保模块的最优化和合理化以及最佳的原理图方案，并在该过程中听取了指导教师的意见，最后讨论敲定最终设计，每个小组成员都为课程设计的最终成功完成做出了卓越贡献。此次课程设计还培养了动手查阅手册、文献资料，独立分析和解决实际问题的能力，熟悉了常用电子元器件
16、的类型、特性和使用方法，掌握了合理选用的原则，学会了数字电路系统的安装与调试方法，熟悉了常用电子仪器仪表的使用方法，掌握了编写课程设计报告书的方法，培养了严肃的工作作风、严谨的科学态度,为将来的毕业设计提供了宝贵的经验。这次课程设计要特别感谢 XXX 老师的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，在此我表示深深的感谢！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阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.
17、5张阳天 韩异凡 Protel DXP 电路设计M.北京：高等教育出版社，2005. 107. 附件7.1 电路原理图 P1Q203CNTDW4U567G89LMRVSBI/OAYHEKuF.fgedcbapyl-r117.2 PCB 布线图7.3 元器件清单：NE555N 定时器一片 74LS192N 2 片74LS247N 2 片 74LS74N 1 片10uF 电容 2 只 0.1uF 电容 5 只红色和绿色 LED 各 2 只 共阳极数码管 2 只47K 电阻 2 只 100 欧 电阻 6 只导线若干条12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：原理图设计与仿真，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：电路安装调试 ，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
