數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計交通指示燈1

1、課 程 設(shè) 計 說 明 書課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) 設(shè)計題目： 交通指示燈 院 系： 電子信息與電氣工程系 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 2011年5月25日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計題目交通指示燈學(xué)生姓名白永見所在院系電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)、年級、班2009級電子信息工程1班 設(shè)計要求：1、設(shè)計制作一個十字路口的交通指示燈簡易控制電路；2、紅燈亮?xí)r表示停止，綠燈亮?xí)r表示通行，兩條路線上通行和停止時間為30秒；3、通行和停止時間用數(shù)碼管顯示，采用倒計時方式。學(xué)生應(yīng)完成的工作：設(shè)計交通指示燈的工作原理，并利用multisim軟件進(jìn)行電路仿真。利用dxp 軟件繪制電路原理圖

2、，并設(shè)計制作電路的pcb板。根據(jù)設(shè)計原理對電路進(jìn)行安裝、調(diào)試，完成課程設(shè)計工作，并提交課程設(shè)計報告。 參考文獻(xiàn)閱讀：1童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春華.電子線路設(shè)計與應(yīng)用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱關(guān)源 羅先覺.電路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.4閻 石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）m.北京：高等教育出版社，2005.5張陽天 韓異凡protel dxp電路設(shè)計m.北京：高等教育出版社，2005. 工作計劃： 5月16號18號完成原理圖的設(shè)計；5月19號22號進(jìn)行pcb設(shè)計；5月23號25號制作pcb板；5月26號27號電路板安裝與調(diào)

3、試，提交課程設(shè)計報告。任務(wù)下達(dá)日期： 2010 年 5 月 16 日任務(wù)完成日期： 2010 年 5 月 27 日指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）： 交通指示燈摘 要：用555定時器構(gòu)成的多些振蕩器來控制產(chǎn)生周期為一秒的脈沖信號，用兩片74ls192n可逆十進(jìn)制計數(shù)器實現(xiàn)倒計時功能控制，在倒計時顯示方面用74ls247n來實現(xiàn)倒計時的譯碼功能，用74ls247n外接的共陽極數(shù)碼管來實現(xiàn)譯碼顯示功能。在倒計時控制部分的兩片74ls192n，其中，第一片74ls192n的預(yù)置數(shù)從高到低依次接0011（對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為3），第二片74ls192n的預(yù)置數(shù)從高到低依次接0000（對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為0）。

4、要注意的是與74ls247n相連的數(shù)碼管是共陽極的。關(guān)鍵詞： 555多謝振蕩器；倒計時控制；芯片預(yù)置數(shù)；譯碼顯示 目 錄1.設(shè)計背景 11.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成11.2掌握時鐘電路的作用及基本構(gòu)成12.設(shè)計方案12.1任務(wù)分析12.2方案論證23.方案實施 23.1原理圖設(shè)計23.2電路仿真43.3 pcb制作64.結(jié)果與結(jié)論75.收獲與致謝76.參考文獻(xiàn)87.附件 97.1電路原理圖97.2 pcb布線圖107.3元器件清單101. 設(shè)計背景1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信

5、號，其形式包括各種輸入接口電路。比如數(shù)字頻率計中，通過輸入電路對微弱信號進(jìn)行放大、整形，得到數(shù)字電路可以處理的數(shù)字信號。模擬信號則需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再進(jìn)行處理。在設(shè)計輸入電路時，必須首先了解輸入信號的性質(zhì)，接口的條件，以設(shè)計合適的輸入接口電路。 在交通指示燈的設(shè)計中用ne555構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生周期為一秒的連續(xù)脈沖信號，將該脈沖信號接入到倒計時控制模塊的信號輸入端來實現(xiàn)信號的輸入控制。1.2掌握時鐘電路的作用及基本構(gòu)成時鐘電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的靈魂，它屬于一種控制電路，整個系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時鐘電路包括主時鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時鐘脈沖的電路。比如多

6、路可編程控制器中的 555 多諧振蕩電路，數(shù)字頻率計中的基準(zhǔn)時間形成電路等都屬于時鐘電路。設(shè)計時鐘電路，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時鐘的頻率，并注意與其他控制信號結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時鐘脈沖。此次課程設(shè)計所選的項目交通指示燈，用到的是由555構(gòu)成的脈沖頻率為1hz（即周期為一秒）的多諧振蕩器，用以控制可逆十進(jìn)制計數(shù)器74ls192n的倒計時控制端，讓其實現(xiàn)倒計時功能。該多諧振蕩電路，由555集成芯片和兩只47k的電阻外加兩個10uf的極性構(gòu)成，在經(jīng)過仿真驗證后，其脈沖頻率確為1hz，符合設(shè)計所要求的脈沖頻率。2. 設(shè)計方案2.1任務(wù)分析設(shè)計要求：1、設(shè)計制作一個十字路口的交通指示燈簡易控制電

7、路；2、紅燈亮?xí)r表示停止，綠燈亮?xí)r表示通行，兩條路線上通行和停止時間為30秒；3、通行和停止時間用數(shù)碼管顯示，采用倒計時方式。 此電路主要包括四部分：第一部分信號產(chǎn)生電路是由ne555構(gòu)成的脈沖周期為一秒的多諧振蕩器，用其產(chǎn)生的連續(xù)脈沖信號控制第二部分的可逆十進(jìn)制計數(shù)器74ls192n，該脈沖信號接入74ls192n的倒計時控制端cnt dwm端，讓其實現(xiàn)倒計時功能。第二部分倒計時控制電路需要用到兩片74ls192n，接入脈沖信號的74ls192n的預(yù)置數(shù)為0000，由該芯片的借位輸出端tc dwn控制第二片74ls192n（該芯片的預(yù)置數(shù)為0011）的倒計時控制端，用于實現(xiàn)當(dāng)個位由九變?yōu)榱銜r

8、，十位數(shù)值減少一，從而實現(xiàn)倒計時30秒的功能。第二部分的兩個芯片的預(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，用于實現(xiàn)每倒計時30秒后，兩個芯片返回為預(yù)置數(shù)，即重新從30秒開始倒計時。第三部分為譯碼顯示部分，由兩片74ls247n實現(xiàn)譯碼功能，再由兩個七段共陽極數(shù)碼管實現(xiàn)顯示輸出功能。第四部分為74ls74控制的紅綠燈顯示部分，由預(yù)置數(shù)為0011的74ls192n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，每倒計時30秒后其輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，接在兩個輸出端紅綠燈翻轉(zhuǎn)一次。由以上四個基本部分構(gòu)成的電路即可實現(xiàn)交通燈設(shè)計要求。2.2方案

9、論證 頻率為1hz時鐘脈沖電路用555定時器接成多諧振蕩器來實現(xiàn)。倒計時控制電路由兩片十進(jìn)制可逆計數(shù)器74ls192n實現(xiàn)倒計時30秒功能，譯碼顯示電路采用兩片74ls247n譯碼器外接兩個共陽極七段數(shù)碼管實現(xiàn)譯碼顯示功能，紅綠燈控制電路由一片74ls74接成的t觸發(fā)器控制兩對紅綠燈的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。3. 方案實施3.1原理圖設(shè)計 選擇合適的數(shù)字器件，應(yīng)用dxp或其他eda軟件繪制各單元的邏輯電路圖。用555定時器設(shè)計的多諧振蕩器下圖所示：. 2、倒計時控制電路：3、譯碼顯示電路：4、紅綠燈控制電路：3.2電路仿真在各單元電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，用eda軟件把各單元電路連接起來，畫出符合軟件要求的系統(tǒng)整體

10、邏輯電路圖。系統(tǒng)整體電路設(shè)計完成后，對系統(tǒng)整體進(jìn)行仿真，驗證設(shè)計的正確性。.用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率理論值為1hz，電路仿真的結(jié)果為1hz.multisim中的電路仿真圖：示波器顯示的555多諧振蕩器輸出的頻率為1hz的脈沖波形圖：3.3 pcb制作 根據(jù)multisim中的仿真圖用eda軟件altium designer畫出電路原理圖，在確定合理的元器件封裝后，導(dǎo)入到pcb設(shè)計環(huán)境中，在層堆管理中設(shè)置為單層板，在pcb制作過程中根據(jù)模塊化設(shè)計理念合理布置元器件，力圖實現(xiàn)設(shè)計的美觀和元器件布置的緊湊，以及布線的最優(yōu)化。地線和電源線即vcc 和gnd采用0.8毫米線寬布線，信號線

11、采用0.6毫米線寬布線，當(dāng)導(dǎo)線通過兩個焊盤之間時切換到0.4毫米線寬布線，焊盤采用x方向2.0毫米，y方向1.6毫米。在經(jīng)過多次修改和調(diào)整后并綜合指導(dǎo)教師意見，確定了最終布局以及pcb板的大小，然后打印輸出制成印刷電路板。3.4 安裝與調(diào)試在電路板制作完成后，將所需要的元器件放到每個元器件所在的封裝的位置，放置完成檢查無誤后進(jìn)行焊接。在焊接時應(yīng)注意控制焊錫的量度，即不能太多也不能太少，要恰好能覆蓋焊盤，不能溢出。焊接完成后進(jìn)行電路的調(diào)試，接上電源用觀察電路是否能夠正常工作。 接上電源后發(fā)現(xiàn)電路能夠正常工作，紅綠燈變化正常，但紅燈熄滅時并不徹底仍有殘存光亮，經(jīng)指導(dǎo)教師指導(dǎo)調(diào)試后，該問題得到較好的

12、解決。數(shù)碼管顯示倒計時30秒正常，基本達(dá)到設(shè)計要求。4. 結(jié)果與結(jié)論 在設(shè)計電路圖的過程中經(jīng)過了多次分析和仿真驗證，并結(jié)合所給的器件清單最后確定了需要哪些元器件來實現(xiàn)電路的功能，并且保證了所需要的元器件在所給出的器件清單的限制之內(nèi)。在經(jīng)過mulitisim軟件多次仿真和修改后，在仿真電路圖實現(xiàn)設(shè)計要求的前提下確定了最終的原理圖。然后在eda設(shè)計軟件dxp中畫出來對應(yīng)的原理圖，再導(dǎo)入到pcb設(shè)計環(huán)境中，進(jìn)行pcb設(shè)計。在經(jīng)過小組內(nèi)多次討論和聽取指導(dǎo)教師意見后確定了pcb的最終布局，布線完成后打印輸出制成印刷電路板。將所用到的元器件放到相應(yīng)的封裝位置，檢查無誤后進(jìn)行焊接。焊接完成后，接入電源后，數(shù)

13、碼管顯示30秒倒計時正常，紅綠燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換正常，電路能夠正常工作并得到了指導(dǎo)教師的肯定。 總體上來說，電路布局合理，采用了模塊化的布局方式即先布局各個功能模塊，再將各個功能模塊連接在一起組成最終的電路，但是電路還是存在一定的不合理之處，在合理布局和美觀方面存在一些沖突，功能模塊之間的布局略顯寬松，但功能模塊內(nèi)的布局較為合理。該電路的最大的一個缺點(diǎn)就是并未布置開關(guān)，雖然這個缺陷可以用外接電源模塊上的開關(guān)來加以彌補(bǔ)，但其仍為該電路不可忽視的缺點(diǎn)。5. 收獲與致謝這次時間為兩個星期的課程設(shè)計試驗大大培養(yǎng)了我的動手能力和同學(xué)間的相互合作精神。經(jīng)過此次數(shù)電課程設(shè)計培養(yǎng)了我的思考能力和動手能力，并學(xué)會了如何

14、將從課本上學(xué)習(xí)到的知識轉(zhuǎn)化到實際應(yīng)用當(dāng)中，并且在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)之下掌握了mulitisim和eda設(shè)計軟件dxp的基本操作，為以后熟練運(yùn)用上述軟件打下了堅實的基礎(chǔ)，并培養(yǎng)了初步的電路設(shè)計能力。另外通過此次課程設(shè)計讓我再次體會到團(tuán)隊合作的重要性，小組內(nèi)成員能夠積極參與，積極討論，分工合作，每個人都認(rèn)真設(shè)計了電路中的一個相應(yīng)的模塊，并在各個模塊設(shè)計完成后在組內(nèi)進(jìn)一步討論，以確保模塊的最優(yōu)化和合理化以及最佳的原理圖方案，并在該過程中聽取了指導(dǎo)教師的意見，最后討論敲定最終設(shè)計，每個小組成員都為課程設(shè)計的最終成功完成做出了卓越貢獻(xiàn)。此次課程設(shè)計還培養(yǎng)了動手查閱手冊、文獻(xiàn)資料，獨(dú)立分析和解決實際問題的

15、能力，熟悉了常用電子元器件的類型、特性和使用方法，掌握了合理選用的原則，學(xué)會了數(shù)字電路系統(tǒng)的安裝與調(diào)試方法，熟悉了常用電子儀器儀表的使用方法，掌握了編寫課程設(shè)計報告書的方法，培養(yǎng)了嚴(yán)肅的工作作風(fēng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,為將來的畢業(yè)設(shè)計提供了寶貴的經(jīng)驗。這次課程設(shè)計要特別感謝xxx老師的耐心輔導(dǎo)以及在設(shè)計中給出的寶貴建議和意見，在此我表示深深的感謝！6. 參考文獻(xiàn)1童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春華.電子線路設(shè)計與應(yīng)用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱關(guān)源 羅先覺.電路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.4閻 石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）m.北京：高等教育出版社，2005.5張陽天 韓異凡protel dxp電路設(shè)計m.北京：高等教育出版社，2005. 7. 附件7.1 電路原理圖7.2 pcb布線圖7.3 元器件清單：ne555n定時器一片 74ls192n 2 片74ls247n 2 片 74ls74n 1