數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)交通指示燈

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)課程名稱(chēng)： 數(shù)字電子技術(shù) 設(shè)計(jì)題目： 交通指示燈 院 系： 電子信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 2011年5月26日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)題目交通指示燈學(xué)生姓名郭彥芳所在院系電子信息與電氣工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)、年級(jí)、班2009級(jí)電子信息工程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簡(jiǎn)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(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)完成的工作： 設(shè)計(jì)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

2、理圖，并設(shè)計(jì)制作電路的pcb板。根據(jù)設(shè)計(jì)原理對(duì)電路進(jìn)行安裝、調(diào)試，完成課程設(shè)計(jì)工作，并提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)閱讀：1童詩(shī)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(jì)與應(yīng)用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱關(guān)源 羅先覺(jué).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(yáng)天 韓異凡protel dxp電路設(shè)計(jì)m.北京：高等教育出版社，2005.工作計(jì)劃： 5月16號(hào)18號(hào)完成原理圖的設(shè)計(jì)；5月19號(hào)22號(hào)進(jìn)行pcb設(shè)計(jì)；5月23號(hào)25號(hào)制作pcb板；5月26號(hào)27號(hào)電路板安裝與調(diào)

3、試，提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。任務(wù)下達(dá)日期： 2011 年 5 月 16 日任務(wù)完成日期： 2011 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(shí)器構(gòu)成的多些振蕩器來(lái)控制產(chǎn)生周期為一秒的脈沖信號(hào)，用兩片74ls192n可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，在倒計(jì)時(shí)顯示方面用74ls192n 及74ls247n來(lái)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)，用74ls247n接共陽(yáng)極數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)譯碼顯示功能。其中，第一片74ls192n的預(yù)置數(shù)從高到低依次接0011（對(duì)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(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為0）。要注意的是與74ls247n相連的

4、數(shù)碼管是共陽(yáng)極的。關(guān)鍵詞： 555計(jì)時(shí)器；共陽(yáng)極；芯片；預(yù)置數(shù) 目 錄1.設(shè)計(jì)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(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成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電路仿真43.3 pcb制作 63.4安裝與調(diào)試74.結(jié)果與結(jié)論75.收獲與致謝86.參考文獻(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(jì)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(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

5、路。比如數(shù)字頻率計(jì)中，通過(guò)輸入電路對(duì)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(guò)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。在交通指示燈的設(shè)計(jì)中要了解74ls192n和74ls247n接法及工作性質(zhì)。1.2掌握時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成時(shí)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(gè)系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時(shí)鐘電路包括主時(shí)鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時(shí)鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的 555 多諧振蕩電路，數(shù)字頻率計(jì)中的基準(zhǔn)時(shí)間形成電路等都屬于時(shí)鐘電路。設(shè)計(jì)時(shí)鐘電

6、路，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時(shí)鐘的頻率，并注意與其他控制信號(hào)結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時(shí)鐘脈沖。此次課程設(shè)計(jì)所選的項(xiàng)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(jì)數(shù)器74ls192n的倒計(jì)時(shí)控制端，讓其實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)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(gè)10uf的極性構(gòu)成，在經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證后，其脈沖頻率確為1hz，符合設(shè)計(jì)所要求的脈沖頻率。2. 設(shè)計(jì)方案2.1任務(wù)分析設(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簡(jiǎn)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(shí)間為30秒；3、通行和停止時(shí)間用數(shù)

7、碼管顯示，采用倒計(jì)時(shí)方式。 此電路主要包括四部分：第一部分信號(hào)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(hào)控制第二部分的可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls192n，該脈沖信號(hào)接入74ls192n的倒計(jì)時(shí)控制端cnt dwm端，讓其實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。第二部分倒計(jì)時(shí)控制電路需要用到兩片74ls192n，接入脈沖信號(hào)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(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)，十位減少一，從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)30秒的功能。第二部分的兩個(gè)芯片的預(yù)置數(shù)控制端和預(yù)置數(shù)為0011的芯片的

8、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(kāi)始倒計(jì)時(shí)。第三部分為譯碼顯示部分，由兩片74ls247n實(shí)現(xiàn)譯碼功能，再由兩個(gè)七段共陽(yáng)極數(shù)碼管實(shí)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(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。由以上四個(gè)基本部分構(gòu)成的電路即可實(shí)現(xiàn)交通燈設(shè)計(jì)要求。2.2方案論證 頻率為1hz時(shí)鐘脈沖電路用555定時(shí)器接成多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)。倒計(jì)時(shí)控制電路由兩片十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器7

9、4ls192n實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)30秒功能，譯碼顯示電路采用兩片74ls247n譯碼器外接兩個(gè)共陽(yáng)極七段數(shù)碼管實(shí)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(duì)紅綠燈的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。3. 方案實(shí)施3.1原理圖設(shè)計(jì)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。1.用555定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩器下圖所示：. 2、倒計(jì)時(shí)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(jì)的基礎(chǔ)上，用eda軟件把各單元電路連接起來(lái)，畫(huà)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(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩

10、器的振蕩頻率理論值為1hz，電路仿真的結(jié)果為1hz（1）multisim中的電路仿真圖： （2）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中畫(huà)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(jì)環(huán)境中，在層堆管理中設(shè)置為單層板，在pcb制作過(guò)程中根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)理念合理布置元器件，力圖實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(hào)線采用0.6毫米線寬布線，當(dāng)導(dǎo)線通過(guò)兩個(gè)焊盤(pán)之間時(shí)切換到0.4毫米線寬布線，焊盤(pán)采用x方向2

11、.0毫米，y方向1.6毫米。在經(jīng)過(guò)多次修改和調(diào)整后并綜合指導(dǎo)教師意見(jiàn)，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pcb布線完成之后，可以制作電路板，制作電路板我們采用腐蝕工藝制作，用裝有直徑為0.8mm的轉(zhuǎn)孔機(jī)對(duì)電路板的過(guò)孔進(jìn)行打孔操作，然后用紗布對(duì)電路板鍍銅的一面進(jìn)行打磨，這樣可以使電路板顯得整潔美觀，然后在鍍銅的一面上涂上松香，這樣可以防止銅被氧化，同時(shí)可以使焊接更加容易而且焊點(diǎn)美觀。接下來(lái)，就是對(duì)元器件的焊接了。在電路板制作完成后，將所需要的元器件放到每個(gè)元器件所在的封裝的位置，放置完成檢查無(wú)誤后進(jìn)行焊接。一般情況下在焊接時(shí)我們按照元器件由小到大進(jìn)行

12、焊接。在焊接時(shí)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(pán)，不能溢出。焊接完成之后就可以接通電源進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試主要是檢查電路能否正常工作，如果不能工作，就需要檢查原理圖是否正確和電路板的焊接是否有問(wèn)題，最終要把問(wèn)題解決。 接上電源后發(fā)現(xiàn)電路能夠正常工作，紅綠燈變化正常，數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)30秒正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4. 結(jié)果與結(jié)論 在設(shè)計(jì)電路圖的過(guò)程中經(jīng)過(guò)了多次分析和仿真驗(yàn)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(lái)實(shí)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(guò)mulitisim軟件多次仿真和修改后，在仿真電路圖實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的前提下確定了最終的原

13、理圖。然后在eda設(shè)計(jì)軟件dxp中畫(huà)出來(lái)對(duì)應(yīng)的原理圖，再導(dǎo)入到pcb設(shè)計(jì)環(huán)境中，進(jìn)行pcb設(shè)計(jì)。在經(jīng)過(guò)小組內(nèi)多次討論和聽(tīng)取指導(dǎo)教師意見(jiàn)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(wú)誤后進(jìn)行焊接。焊接完成后，接入電源后，數(shù)碼管顯示30秒倒計(jì)時(shí)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(lái)說(shuō)，電路布局合理，采用了模塊化的布局方式即先布局各個(gè)功能模塊，再將各個(gè)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。

14、該電路的最大的一個(gè)缺點(diǎn)就是并未布置開(kāi)關(guān)，雖然這個(gè)問(wèn)題可以用外接電源模塊上的開(kāi)關(guān)來(lái)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(shí)間為兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)試驗(yàn)大大培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力和同學(xué)間的相互合作精神。經(jīng)過(guò)此次數(shù)電課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我的思考能力和動(dòng)手能力，并學(xué)會(huì)了如何將從課本上學(xué)習(xí)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化到實(shí)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(jì)軟件dxp的基本操作，為以后熟練運(yùn)用上述軟件打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)讓我再次體會(huì)到團(tuán)隊(duì)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(gè)人都認(rèn)真設(shè)計(jì)了一個(gè)相應(yīng)的模塊，并在各個(gè)模塊設(shè)計(jì)完成后

15、在組內(nèi)進(jìn)一步討論，以確保模塊的最優(yōu)化和合理化，并在該過(guò)程中聽(tīng)取了指導(dǎo)教師的意見(jiàn)，最后討論敲定最終設(shè)計(jì)，每個(gè)小組成員都為課程設(shè)計(jì)的最終成功完成做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。這次課程設(shè)計(jì)要特別感謝xxx老師的耐心輔導(dǎo)以及在設(shè)計(jì)中給出的寶貴建議和意見(jiàn)，在此我表示深深的感謝！6. 參考文獻(xiàn)1童詩(shī)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(jì)與應(yīng)用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱關(guān)源 羅先覺(jué).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(yáng)天 韓異凡protel dxp電路設(shè)計(jì)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(shí)器一片 74ls192n 2 片74ls247n 2 片 74ls