交通燈課程設(shè)計(jì) - 圖文-

1、成績 課程設(shè)計(jì)說明書題目:交通指示燈電路設(shè)計(jì)課程名稱:數(shù)字電子技術(shù)學(xué)院:電子信息與電氣工程學(xué)院學(xué)生姓名:學(xué)號(hào):20110201專業(yè)班級:自動(dòng)化201指導(dǎo)教師:胡萬里2013年6月6日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目交通指示燈電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名所在學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)、年級、班自動(dòng)化2011級1班設(shè)計(jì)要求:1.設(shè)計(jì)制作一個(gè)十字路口的交通指示燈控制電路;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(shí)間為30秒;3.通行和停止時(shí)間用數(shù)碼管顯示,采用倒計(jì)時(shí)方式。學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù):通過電子技術(shù)課程設(shè)計(jì),使學(xué)生較系統(tǒng)地、全面地掌握電子電路系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟,熟悉和掌握電路參數(shù)的計(jì)算

2、方法,掌握電路元器件的選擇與應(yīng)用方法,學(xué)習(xí)電子電路原理圖設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)和電子電路系統(tǒng)的制作、安裝、調(diào)試、測試、故障查找與排除的方法和技巧,并在此基礎(chǔ)上,逐步調(diào)試改進(jìn)、完善電路的性能,完成課程設(shè)計(jì)工作,同時(shí)提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn):1谷樹忠,劉文洲,姜航.Altium Designer教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2010.2邱關(guān)源,羅先覺.電路(第五版M.北京:高等教育出版社,2006.3鄭君里,楊為理.信號(hào)與系統(tǒng)(第三版M.北京:高等教育出版社,2011.4秦長海,張?zhí)禊i,翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)M.北京大學(xué)出版社,2012.5童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,2005.工

3、作計(jì)劃:5月27日-5月28日Multisim軟件培訓(xùn)以及電路設(shè)計(jì)與仿真5月29日-5月31日用Altium Designer設(shè)計(jì)原理圖以及PCB板的設(shè)計(jì)6月3日-6月4日PCB板的制作6月5日對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行安裝調(diào)試6月6日-6月7日指導(dǎo)老師驗(yàn)收設(shè)計(jì)結(jié)果及設(shè)計(jì)報(bào)告的提交任務(wù)下達(dá)日期:2013年5月27日任務(wù)完成日期:2013年6月7日指導(dǎo)教師(簽名:學(xué)生(簽名:交通指示燈電路設(shè)計(jì)摘要:本次課程設(shè)計(jì)的目的為設(shè)計(jì)制作一個(gè)十字路口交通指示燈簡易控制電路,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(shí)間為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。本次課程設(shè)計(jì)主要有時(shí)鐘脈沖電路、計(jì)

4、時(shí)電路、譯碼電路、觸發(fā)電路等組成。時(shí)鐘電路由555定時(shí)器以及一些電阻和電容組成,計(jì)時(shí)電路由74LS192組成,譯碼電路由兩片74LS147共陽驅(qū)動(dòng)器組成,觸發(fā)器由一片74LS74觸發(fā)器構(gòu)成。關(guān)鍵詞:555定時(shí)器;計(jì)時(shí)器;譯碼器;數(shù)碼管;觸發(fā)器目錄1.設(shè)計(jì)背景 (11.1社會(huì)背景 (11.2課題背景 (12.設(shè)計(jì)方案 (12.1任務(wù)分析 (12.2方案論證 (23.方案實(shí)施 (23.1原理圖設(shè)計(jì) (23.2電路的仿真 (73.3PCB的制作 (83.4安裝與調(diào)試 (84.結(jié)果與結(jié)論 (85.收獲與致謝 (96.參考文獻(xiàn) (107.附件 (101.設(shè)計(jì)背景1.1社會(huì)背景隨著經(jīng)濟(jì)的增長和人口的增加,

5、人們生活方式不斷變化,人們對交通的需求不斷增加。城市中交通擁擠、堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重,由此造成巨大的經(jīng)濟(jì)與時(shí)間損失。隨著城市化進(jìn)程的大大加快,誘發(fā)的交通需求急劇增長,供需矛盾不斷激化,嚴(yán)重的交通問題也隨之而來。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào),已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng),它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。十字路口車輛穿梭,行人熙攘,車行車道,人行人道,有條不紊,這一切要?dú)w功于城市交通控制系統(tǒng)中的交通燈控制系統(tǒng)。交通燈控制系統(tǒng)對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力,減少交通事故有明顯效果,使城市交通

6、得以有效管理。1.2課題背景隨著大學(xué)課程的不斷學(xué)習(xí),我們逐漸對數(shù)字電路有了一個(gè)初步的了解。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(shí)鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),其形式包括各種輸入接口電路。比如數(shù)字頻率計(jì)中,通過輸入電路對微弱信號(hào)進(jìn)行放大、整形,得到數(shù)字電路可以處理的數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)則需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)輸入電路時(shí),必須首先了解輸入信號(hào)的性質(zhì),接口的條件,以設(shè)計(jì)合適的輸入接口電路。2.設(shè)計(jì)方案2.1任務(wù)分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本次是利用74LS74,74LS47,74LS192,555定時(shí)器等元件設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈電路。分析可知,

7、由555計(jì)時(shí)器產(chǎn)生矩形脈沖,由74LS192和74LS74產(chǎn)生計(jì)時(shí)電路,并由數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)數(shù)字,由74LS47產(chǎn)生譯碼電路,對紅路燈的交替控制控制由74LS74來實(shí)現(xiàn)。12.2方案論證首先,脈沖的產(chǎn)生是由555定時(shí)器、2個(gè)電阻和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。其次,計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)是采用74LS192實(shí)現(xiàn)的。脈沖信號(hào)接入74LS192的倒計(jì)時(shí)控制端,讓其實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。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控制第二片74LS192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

8、能。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)。然后,譯碼顯示部分是由兩片74LS47實(shí)現(xiàn)譯碼功能,再由兩個(gè)七段共陽極數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)顯示輸出功能,從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)數(shù)的產(chǎn)生。最后,紅綠燈交替顯示是由預(yù)置數(shù)為0011的74LS192的借位輸出端作為此芯片的輸入控制端,經(jīng)過74LS74的調(diào)節(jié)后,每倒計(jì)時(shí)30秒后其輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次,接在兩個(gè)輸出端紅綠燈翻轉(zhuǎn)一次,而實(shí)現(xiàn)紅路燈的交替顯示。3.方案實(shí)施3.1原理圖設(shè)計(jì)555定時(shí)器的作用就是構(gòu)成多諧振蕩電路。555電路的結(jié)構(gòu)組成如圖1。 圖1555定時(shí)器電路組成及其引

9、腳它含有兩個(gè)電壓比較器,一個(gè)基本RS 觸發(fā)器,一個(gè)放電開關(guān)T ,比較器的參考電壓由三只5K 的電阻器構(gòu)成分壓,它們分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較器C2的反相輸入端的參考電平為VCC 32和VCC 31。C1和C2的輸出端控制RS 觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過VCC 2時(shí),觸發(fā)器復(fù)位,555的輸出端3腳輸出低電平,同時(shí)放電,開關(guān)管導(dǎo)通;當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于VCC 31時(shí),觸發(fā)器置位,555的3腳輸出高電平,同時(shí)放電,開關(guān)管截止。D R 是復(fù)位端,當(dāng)其為0時(shí),555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接VCC 。VCO 是控制電壓端(5腳,平時(shí)輸出VCC 32作為比較

10、器A1的參考電平,當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓,即改變了比較器的參考電平,從而實(shí)現(xiàn)對輸出的另一種控制,在不接外加電壓時(shí),通常接一個(gè)0.01uf 的電容器到地,起濾波作用,以消除外來的干擾,以確保參考電平的穩(wěn)定。T 為放電管,當(dāng)T 導(dǎo)通時(shí),將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.在這個(gè)電路中,用R1=48k,R2=48k,C1=10nf,C2=10uf,這樣就構(gòu)成了多諧振蕩器。根據(jù)振蕩周期T=(R1+2R22ln 可知,T=0.998s ,大約為1s 。圖2為時(shí)鐘脈沖電路。 圖2時(shí)鐘脈沖電路圖計(jì)時(shí)電路由74LS192N計(jì)數(shù)器和74LS47N譯碼器組成,用以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常工作,其中可逆計(jì)數(shù)器用減法的,并且

11、在時(shí)鐘電路的控制下讓數(shù)碼管工作,進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。將振蕩電路所產(chǎn)生的周期性脈沖信號(hào)接入計(jì)數(shù)器的14引腳從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的減法功能,再將計(jì)數(shù)器與譯碼器連接起來最終構(gòu)成部分,再將信號(hào)接入數(shù)碼管,使數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)。其工作電路如圖3所示。 圖3計(jì)時(shí)電路電路圖其中74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器,它具有雙時(shí)鐘輸入,并具有清除和計(jì)數(shù)功能,其引腳排列及邏輯符號(hào)圖如圖4、圖5所示。 圖474LS192引腳排列圖 圖574LS192邏輯符號(hào)圖觸發(fā)電路主要是由74LS74連接計(jì)時(shí)電路的輸出,同時(shí)PR和CLR接電源電壓來實(shí)現(xiàn)的,交通燈的顯示是一組紅路燈連接Q,一組紅路燈連接_Q 來顯示的。其工作原理圖如圖6所示。 圖

12、6觸發(fā)電路電路圖用74LS47是4線七段譯碼器,其輸出端為低電平有效,可以直接驅(qū)動(dòng)共陽極的數(shù)碼管,在此電路中,譯碼器的3、4、5引腳接高電平,保證其輸入輸出有效。輸入端接計(jì)時(shí)電路的輸出端,輸出端接共陽極的輸入端,保證電路的正常進(jìn)行。圖7為其工作原理。 圖7譯碼電路電路圖3.2電路的仿真Multisim是電路仿真必備的一個(gè)軟件,對我們在數(shù)電的學(xué)習(xí)中有很大的幫助。在各單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,用Multisim軟件把各單元電路連接起來,畫出符合軟件要求的系統(tǒng)整體邏輯電路圖。系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)完成后,對系統(tǒng)整體進(jìn)行仿真,然后通過紅綠燈的明亮以及數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)來觀察設(shè)計(jì)電路是否正確。通過仿真我們設(shè)計(jì)的電路是正

13、確的。其電路仿真圖為圖7。 圖8交通燈仿真電路圖3.3PCB的制作在Altium Designer的原理圖制作完成后,需要對各元件的封裝進(jìn)行調(diào)試,封裝時(shí)根據(jù)所給元件的類型選擇合適的封裝。封裝完成后,要把原理圖導(dǎo)入PCB板。導(dǎo)入PCB板后,再對元件的位置重新手動(dòng)擺放,使盡量少的線重疊,以減少布線時(shí)的跳線出現(xiàn)。同時(shí)在PCB板的制作時(shí)要注意以下幾點(diǎn):1.單位采用公制單位(mm。3.4安裝與調(diào)試根據(jù)PCB原理圖,對其進(jìn)行模板的制作,然后利用提供的元器件,進(jìn)行安裝,要注意在安裝時(shí),電容和LED燈需要分正負(fù)極性,同時(shí)要根據(jù)PCB圖來安裝芯片,在焊接時(shí),由于電路板在布線時(shí)十分密集,需要小心使電路造成短路,同

14、時(shí)還要注意自身安全。得到焊接完成的電路板,需要對其進(jìn)行調(diào)試。4.結(jié)果與結(jié)論在本次課程設(shè)計(jì)中,根據(jù)紅燈停,綠燈行,紅綠燈各亮30秒,并且時(shí)間為倒計(jì)時(shí)的要求,我們在開始原理圖的制作和Multisim仿真都進(jìn)行的很順利,后再PCB 生成后,需要對PCB板進(jìn)行布線,進(jìn)過我們小組一天的努力也順利完成了,美中不足的是條線有點(diǎn)多,對后續(xù)的焊接帶來了困難。在焊接時(shí),根據(jù)老師的要求和我們小組的努力我們也完成了。在后續(xù)的調(diào)試中我們也付出了很大努力,同時(shí)老師也進(jìn)行了指導(dǎo),我們進(jìn)行了多次的改動(dòng),遺憾的是問題沒有解決,我們沒有得到理想的結(jié)果。5.收獲與致謝兩個(gè)星期的數(shù)字電路實(shí)習(xí),讓我受益匪淺。讓我更好的熟悉和使用Alt

15、ium Designer軟件和Multisim軟件,自我感覺Altium Designer軟件這兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)比我在平時(shí)上課一個(gè)學(xué)期學(xué)的還要多。同時(shí)我還明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性,正是我們小組的努力讓我有一種前所未有的自豪感。這是我第一次做數(shù)電課程設(shè)計(jì),遇到了許多問題,同時(shí)我也深刻的認(rèn)識(shí)到在課程設(shè)計(jì)的過程中自己有很多不足之處,對以前所學(xué)過的知識(shí)認(rèn)識(shí)得不夠深刻,掌握得不夠牢固,理解的不夠透徹。同時(shí)我們付出了兩周的努力,但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果不那么盡人意,使我明白了:成功會(huì)受多方面因素的影響,所以我們無論在平時(shí)生活中還是在學(xué)習(xí)中都要細(xì)致、小心、謹(jǐn)慎,付出了不一定會(huì)成功,但是不付出一定不會(huì)成功。還有不論遇到什么困

16、難,不要對自己失去信心。在以后我要更加努力學(xué)習(xí),培養(yǎng)自己獨(dú)立思考的能力,彌補(bǔ)自身的不足,提高自己的綜合素質(zhì)。在本次課程設(shè)計(jì)過程中我要感謝胡萬里老師的耐心指導(dǎo)以及在設(shè)計(jì)中給出的寶貴建議和意見,教會(huì)我對Altium Designer和Multisim的使用,以及搭檔在設(shè)計(jì)原理圖中所做的幫助,同時(shí)還要感謝張?zhí)禊i老師、李琪老師在數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中對我們的教導(dǎo),對這次的課程設(shè)計(jì)有很大的幫助,再次表示深深的感謝!6.參考文獻(xiàn)1谷樹忠,劉文洲,姜航.Altium Designer教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2010.2邱關(guān)源,羅先覺.電路(第五版M.北京:高等教育出版社,2006.3鄭君里,楊為理.信號(hào)與系統(tǒng)(第三版M.北京:高等教育出版社,201