交通燈控制器電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 姓 名 楊思陽 班 級(jí) 09級(jí)自動(dòng)化2班 學(xué) 號(hào) 20094500 設(shè)計(jì)題目 交通燈控制器 指導(dǎo)老師 桂 玲 日期： 2011年06月20日目錄一. 題目 2二. 任務(wù) 2三. 要求 2四. 設(shè)計(jì)摘要及整體方框圖 2五. 單元單路設(shè)計(jì)原理及原理分析 3六. 整體電路原理圖 9七. 原件表 9 八. PCB版制作 10九. 焊接與調(diào)試 10十. 體會(huì) 11一. 題目交通燈控制器二. 任務(wù)利用555定時(shí)器、74LS193、74LS48、74LS00、4042、紅黃綠三色二極管以及數(shù)碼管等元件設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制器。三. 要求本電路設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制器

2、，需要達(dá)到的目的如下：一個(gè)周期64秒，平均分配，前32秒紅燈亮，后32秒綠燈亮。在紅燈亮的期間的后8秒與紅燈在一起的黃燈閃爍（注意：紅燈同時(shí)亮）。為了顯示效果明顯，設(shè)計(jì)閃爍頻率為2。在綠燈亮的期間的后8秒與綠燈在一起的黃燈閃爍（注意：綠燈同時(shí)亮）。為了顯示效果明顯，設(shè)計(jì)閃爍頻率為2。在黃燈閃爍其間，數(shù)碼管同時(shí)倒計(jì)時(shí)顯示，再在此期間以外，數(shù)碼管不亮。四. 設(shè)計(jì)摘要及整體方框圖一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生器，一個(gè)二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，一個(gè)十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，紅燈與綠燈以及黃燈是否亮是由二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的輸出端狀態(tài)來決定的，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)組合邏輯電路，它的輸入信號(hào)就是二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)，它的輸出就是發(fā)光二極管

3、的控制信號(hào)，因此，需要一個(gè)組合邏輯電路，六個(gè)發(fā)光二極管（兩個(gè)紅色發(fā)光二極管，兩個(gè)綠色發(fā)光二極管，兩個(gè)黃色發(fā)光二極管）電路，一個(gè)數(shù)碼管顯示電路，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：555脈沖振蕩器4024計(jì)數(shù)器組合邏輯電路發(fā)光二極管193計(jì)數(shù)器74LS48驅(qū)動(dòng)器數(shù)碼管五. 單元單路設(shè)計(jì)及原理分析脈沖信號(hào)發(fā)生器由定時(shí)器555構(gòu)成；二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器由七位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成；十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器由74LS193可逆可預(yù)置十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成；組合邏輯電路根據(jù)輸入輸出的邏輯關(guān)系確定為74LS00電路芯片；驅(qū)動(dòng)器選用74LS48。1.555定時(shí)器555定時(shí)器是一塊常用的集成電路，電路符號(hào)如左圖所示，8為電源端Vcc,1為公共端G

4、ND。所加電源電壓范圍4.5V<Vcc<18V，最大輸出電流達(dá)200mA。內(nèi)部電路原理圖如右圖所示，內(nèi)部有三個(gè)相同的分壓電阻，每個(gè)電阻上的電壓都為1/3Vcc。兩個(gè)比較器C1和C2，C1的比較電壓為2/3Vcc，C2的比較其電壓為1/3Vcc，檔比較器“+”端電壓大于比較器“-”端電壓時(shí)，比較器輸出高電平（其狀態(tài)用1表示），當(dāng)比較器“+”端電壓小于“-”端電壓時(shí)，比較器輸出低電平（其狀態(tài)用0表示）。G1，G2兩個(gè)與非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，G3為輸出緩沖反向器，起整形和提高負(fù)載能力的作用。T為泄放三極管，為外接電容提供充放電回路。利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)電路時(shí)，主要是考慮如何讓2和6的點(diǎn)

5、位發(fā)生變化（外界信號(hào)和利用電容器的充放電過程實(shí)現(xiàn)）而讓定時(shí)器的輸出狀態(tài)發(fā)生變化，而設(shè)計(jì)成各種具有不同功能的電路。555應(yīng)用：多諧振蕩器（產(chǎn)生連續(xù)矩形波信號(hào)），電路原理如圖所示（4腳為高電平時(shí)，電路震蕩，4腳為低電平時(shí)，電路不震蕩）。開始時(shí)，內(nèi)部泄放三級(jí)管由于其基極輸入為低電平，是截止的，電源通過R2和R1對電容器C充電，2、6腳點(diǎn)位開始上升，當(dāng)上升到2/3Vcc時(shí)，電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部泄放三級(jí)管為高電平，飽和導(dǎo)通，電容器C通過R1放電，2、6腳點(diǎn)位開始下降，當(dāng)降到到1/3Vcc時(shí)，電路狀態(tài)再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部泄放三極管截止，電源再次對電容器充電，周而復(fù)始輸出連續(xù)矩形波信號(hào)，由3腳輸出。一般取C

6、1為103電容。理論推導(dǎo)出，振蕩器的頻率由電阻R1、R2和電容C決定。f=1.43/（2R1+R2）C脈沖波的占空比由電阻R1和R2決定，結(jié)果為=（R1+R2）/（2R1+R2）可見，當(dāng)R2越小時(shí)，占空比接近50%。2.七位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4024七位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4024各腳功能如圖所示，14腳為電源端，所接電源電壓范圍3V-15V，7腳接地GND。2腳為復(fù)位端（清零端），高電平有效。1腳為脈沖信號(hào)輸入端，下降沿有效（即計(jì)數(shù)器在脈沖下降沿時(shí)刻計(jì)數(shù)）。Q1-Q7是七個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，Q7為最高位，Q1為最低位。當(dāng)輸入脈沖信號(hào)后，計(jì)數(shù)器輸出端變化狀態(tài)：00001.本電路中的組合邏輯電路的輸入信號(hào)為二進(jìn)制計(jì)

7、數(shù)器的輸出信號(hào)Q7-Q2，設(shè)計(jì)Q2信號(hào)頻率為1，而輸出應(yīng)為六個(gè)表示路口交通信號(hào)燈的發(fā)光二極管的控制信號(hào)，分別用LR1，LG1，LY1和LR2，LG2，LY2表示，但注意到DR1和DG2狀態(tài)相同，DG1和DR2狀態(tài)相同，DY1和DY2狀態(tài)相同，所以實(shí)際上只要三個(gè)輸出信號(hào)即可，分別用L1，L2，L3表示。組合邏輯電路的輸出信號(hào)L1，L2，L3與電路的輸出信號(hào)Q2-Q7的關(guān)系與下圖真值表表示：編號(hào)Q7Q6Q5Q4Q3Q2L1L2L30-1500xxxx10016-23010xxx10024-31011xxx10132-4710xxxx01048-55110xxx01056-63111xxx011從以

8、上可知：L1=Q7，需要低電平有效時(shí)，L1=Q7L2=Q7，需要低電平有效時(shí)，L2=Q7L3=Q6Q5=Q6Q5考慮到黃燈需要閃爍，可以讓L3信號(hào)和Q1信號(hào)（頻率為2Hz的脈沖波）加到一個(gè)二輸入與非門的兩個(gè)輸入端，輸出信號(hào)為L4，L4=L3*Q1當(dāng)L3為0時(shí)，L4=1當(dāng)L3為1時(shí)，L4=Q1可見，需要L4低電平有效，這樣，L3為0時(shí)，黃燈不亮，L3為1時(shí)，黃燈閃爍。有以上討論可知，需要兩個(gè)二輸入與非門，三個(gè)分門，為節(jié)約起見，三個(gè)非門中的兩個(gè)非門用與非門實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)非門用三極管實(shí)現(xiàn)，這樣需要四個(gè)二輸入與非門，可用芯片74LS00，一個(gè)三極管構(gòu)成的非門。3.74LS0074LS00外形為DIP14

9、，74LS00是一塊四-二輸入數(shù)字集成芯片，內(nèi)有四個(gè)完全一樣的二輸入與非門，14腳接Vcc（+5V），7腳接地GND。他們中的四個(gè)二輸入的與非門如圖所示，其中A,B為與非門的兩個(gè)輸入端，Y為輸出端。額定拉電流為4mA，額定灌電流8mA，額定輸出高電平電壓3.6V。4.可預(yù)置二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS19374LS193外形結(jié)構(gòu)為DIP16，其中（8）腳接GND，（16）腳接+5V。<1>CU加計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)輸入端。<2>CD減計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)輸入端。注意：用其中一個(gè)輸入端時(shí)，另一個(gè)輸入端接高電平。<3>Q3-Q0計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)輸出端，Q3為最高位，Q0為最低位。<

10、4>P3-P0計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)輸入端，當(dāng)計(jì)數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)時(shí)，通過該輸入端預(yù)置數(shù)，此時(shí)Q3-Q0=P3-P0。<5>MR復(fù)位信號(hào)輸入端，上升沿有效，即當(dāng)MR從0跳到1時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位，此時(shí)Q3-Q0=0000。當(dāng)MR=0時(shí)，計(jì)數(shù)器處于技術(shù)狀態(tài)。<6>PL預(yù)置數(shù)功能控制端，低電平有效，當(dāng)PL=0時(shí)，計(jì)數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，當(dāng)PL=1時(shí)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。<7>TCD加計(jì)數(shù)借位信號(hào)輸出端。<8>TCD減計(jì)數(shù)借位信號(hào)輸出端。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，預(yù)置數(shù)為8，P3=1，接高電平（電源），P2=P1=P0=0，接低電平（地GND）。黃燈不亮，即L3=0時(shí)，計(jì)數(shù)器

11、需要處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，即PL=0，黃燈亮，即L3=1時(shí)，計(jì)數(shù)器需要處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，即PL=1，可見PL=L3。作為減法計(jì)數(shù)器使用，CU接高電平，CD接脈沖信號(hào)Q2。因計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)或預(yù)置數(shù)狀態(tài)，不能處于復(fù)位狀態(tài)，因此讓MR=0。從前面討論可知，多諧振蕩器的震蕩頻率為4Hz，一次確定多諧振蕩器電路的電阻和電容。5.四線-七段譯碼器74LS4816腳接電源Vcc=5V，8腳接地GND。DCBA為8421BCD碼數(shù)據(jù)輸入端，D為最高位，A為最低位。abcdefg（高電平有效，輸出電流小于6mA）為7個(gè)輸出端，分別接氣短數(shù)碼管的7個(gè)輸入端abcdefg，所接數(shù)碼管必須是共陰數(shù)碼管。LT燈測試輸入端，低

12、電平有效，即當(dāng)此燈為低電平且BI/RBO為高電平（或開路）時(shí)，輸出全為高電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全亮。BI/RBO消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效），只要此端為低電平，輸出全為低電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全不亮。RBI脈沖消隱輸入端，低電平有效。檔次端為低電平且ABCD也同時(shí)為低電平時(shí)，輸出全為低電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全不亮。從以上結(jié)果直到，要讓數(shù)碼管正常顯示0-9，3、4、5腳都要接高電平。要讓數(shù)碼管顯示1-9而不顯示0，這3接高電平，5接低電平，4懸空（或電源通過電阻連4）。這事實(shí)上就是消0，例于最高位的數(shù)碼管就希望是這樣。組成數(shù)碼管的七段實(shí)際上就是七個(gè)發(fā)光二極

13、管，當(dāng)這七個(gè)發(fā)光二極管中不同的二極管亮?xí)r，就顯示0-9中不同的數(shù)字。六. 整體電路原理圖七. 原件表脈沖信號(hào)發(fā)生器由定時(shí)器555構(gòu)成；二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器由七位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成；十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器由74LS193可逆可預(yù)置十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成；組合邏輯電路根據(jù)輸入輸出的邏輯關(guān)系確定為74LS00電路芯片；驅(qū)動(dòng)器選用74LS48。其他相關(guān)元器件：編號(hào)規(guī)格編號(hào)規(guī)格編號(hào)規(guī)格編號(hào)規(guī)格R151KR5360U1555LED綠R2150KR6360U24024LED黃R33KC1103U374LS00J1R4360C2104LED紅Q9013八. PCB版制作多層PCB是有三層或三層以上導(dǎo)電圖形和絕緣材料層壓合成

14、的印制板。 它實(shí)際上是使用數(shù)片雙面板，并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后粘牢(壓合)而成。它的層數(shù)通常都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。從技術(shù)的角度來說可以做到近100層的PCB板，但目前計(jì)算機(jī)的主機(jī)板都是48層的結(jié)構(gòu)。 多層印制板一般采用環(huán)氧玻璃布覆銅箔層壓板。為了提高金屬化孔的可靠性，應(yīng)盡量選用耐高溫的、基板尺寸穩(wěn)定性好的、特別是厚度方向熱膨脹系數(shù)較小的，且與銅鍍層熱膨脹系數(shù)基本匹配的新型材料。 制作多層印制板，先用銅箔蝕刻法做出內(nèi)層導(dǎo)線圖形，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求，把幾張內(nèi)層導(dǎo)線圖形重疊，放在專用的多層壓機(jī)內(nèi)，經(jīng)過熱壓、粘合工序，就制成了具有內(nèi)層導(dǎo)電圖形的覆銅箔的層壓板，以后加工工序與雙面孔金屬化印制

15、板的制造工序基本相同。九. 焊接與調(diào)試認(rèn)真焊接，按照印刷版上的器件編號(hào)找到相應(yīng)的原件，按以下順序焊接：電阻、IC座、瓷片電容、發(fā)光二極管、接口，焊接過程中注意以下問題：<1>各發(fā)光二極管“+”“-”極。三極管上對應(yīng)的“e”“b”“c”；<2>集成塊的腳在印刷版上的對應(yīng)位置；<3>J1要與前續(xù)電路的輸入輸出電源接口方向相一致，因此要注意其方位，自己觀察各焊點(diǎn)，檢查有無短路現(xiàn)象和虛焊現(xiàn)象。認(rèn)真測量，在觀察所焊接的電路板處于正常狀態(tài)后，將5V電源接入J1接口觀察。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：時(shí)間紅燈黃燈綠燈時(shí)間紅燈黃燈綠燈0-24亮65-89亮25-32閃亮90-97閃亮33-57亮98-122亮58-64亮閃123-130亮閃十. 體會(huì)通過此次電路時(shí)間課程設(shè)計(jì)交通燈的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我對數(shù)電課程的理解，對應(yīng)用有了一定的認(rèn)識(shí)，提高了綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，及解決問題的能力。此次電子課程設(shè)計(jì)，讓我懂得了實(shí)踐的重要性。即使課本知識(shí)掌握好，如果不會(huì)運(yùn)用，也是一些無用的知識(shí)，如果能運(yùn)用而實(shí)際能力很差，理論實(shí)踐結(jié)合不來，學(xué)得再好也沒用。這次恰好是將課本鞏固與綜合運(yùn)用結(jié)合，再加上動(dòng)手能力的三者結(jié)合。一方面，它加深與鞏固了所學(xué)理論，并運(yùn)用，提高了我運(yùn)用知識(shí)的能力；另一方面，培養(yǎng)了我對專業(yè)知識(shí)的興趣。在焊接過程中，沒出現(xiàn)太大的問題，因?yàn)樵诮鸸?shí)習(xí)時(shí)已經(jīng)學(xué)