數(shù)字電子技術課程設計交通指示燈1

1、課 程 設 計 說 明 書課程名稱： 數(shù)字電子技術 設計題目： 交通指示燈 院 系： 電子信息與電氣工程系 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 2011年5月25日課 程 設 計 任 務 書設計題目交通指示燈學生姓名白永見所在院系電子信息與電氣工程學院專業(yè)、年級、班2009級電子信息工程1班 設計要求：1、設計制作一個十字路口的交通指示燈簡易控制電路；2、紅燈亮時表示停止，綠燈亮時表示通行，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。學生應完成的工作：設計交通指示燈的工作原理，并利用multisim軟件進行電路仿真。利用dxp 軟件繪制電路原理圖

2、，并設計制作電路的pcb板。根據(jù)設計原理對電路進行安裝、調(diào)試，完成課程設計工作，并提交課程設計報告。 參考文獻閱讀：1童詩白.模擬電子技術基礎m.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春華.電子線路設計與應用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱關源 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（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號完成原理圖的設計；5月19號22號進行pcb設計；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，提交課程設計報告。任務下達日期： 2010 年 5 月 16 日任務完成日期： 2010 年 5 月 27 日指導教師（簽名）： 學生（簽名）： 交通指示燈摘 要：用555定時器構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的預置數(shù)從高到低依次接0011（對應的十進制數(shù)為3），第二片74ls192n的預置數(shù)從高到低依次接0000（對應的十進制數(shù)為0）。

4、要注意的是與74ls247n相連的數(shù)碼管是共陽極的。關鍵詞： 555多謝振蕩器；倒計時控制；芯片預置數(shù)；譯碼顯示 目 錄1.設計背景 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成12.設計方案12.1任務分析12.2方案論證23.方案實施 23.1原理圖設計23.2電路仿真43.3 pcb制作64.結果與結論75.收獲與致謝76.參考文獻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)字信號再進行處理。在設計輸入電路時，必須首先了解輸入信號的性質(zhì)，接口的條件，以設計合適的輸入接口電路。 在交通指示燈的設計中用ne555構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)字頻率計中的基準時間形成電路等都屬于時鐘電路。設計時鐘電路，應根據(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合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時鐘脈沖。此次課程設計所選的項目交通指示燈，用到的是由555構成的脈沖頻率為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的極性構成，在經(jīng)過仿真驗證后，其脈沖頻率確為1hz，符合設計所要求的脈沖頻率。2. 設計方案2.1任務分析設計要求：1、設計制作一個十字路口的交通指示燈簡易控制電

7、路；2、紅燈亮時表示停止，綠燈亮時表示通行，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（該芯片的預置數(shù)為0011）的倒計時控制端，用于實現(xiàn)當個位由九變?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置數(shù)控制端和預置數(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成的電路即可實現(xiàn)交通燈設計要求。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原理圖設計 選擇合適的數(shù)字器件，應用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計的基礎上，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)整體電路設計完成后，對系統(tǒng)整體進行仿真，驗證設計的正確性。.用555定時器構成的多諧振蕩器的振蕩頻率理論值為1hz，電路仿真的結果為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，導入到pcb設計環(huán)境中，在層堆管理中設置為單層板，在pcb制作過程中根據(jù)模塊化設計理念合理布置元器件，力圖實現(xiàn)設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，當導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行焊接。在焊接時應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)指導教師指導調(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，基本達到設計要求。4. 結果與結論 在設計電路圖的過程中經(jīng)過了多次分析和仿真驗證，并結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)設計要求的前提下確定了最終的原理圖。然后在eda設計軟件dxp中畫出來對應的原理圖，再導入到pcb設計環(huán)境中，進行pcb設計。在經(jīng)過小組內(nèi)多次討論和聽取指導教師意見后確定了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的封裝位置，檢查無誤后進行焊接。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就是并未布置開關，雖然這個缺陷可以用外接電源模塊上的開關來加以彌補，但其仍為該電路不可忽視的缺點。5. 收獲與致謝這次時間為兩個星期的課程設計試驗大大培養(yǎng)了我的動手能力和同學間的相互合作精神。經(jīng)過此次數(shù)電課程設計培養(yǎng)了我的思考能力和動手能力，并學會了如何

14、將從課本上學習到的知識轉(zhuǎn)化到實際應用當中，并且在指導老師的精心指導之下掌握了mulitisim和eda設計軟件dxp的基本操作，為以后熟練運用上述軟件打下了堅實的基礎，并培養(yǎng)了初步的電路設計能力。另外通過此次課程設計讓我再次體會到團隊合作的重要性，小組內(nèi)成員能夠積極參與，積極討論，分工合作，每個人都認真設計了電路中的一個相應的模塊，并在各個模塊設計完成后在組內(nèi)進一步討論，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教師的意見，最后討論敲定最終設計，每個小組成員都為課程設計的最終成功完成做出了卓越貢獻。此次課程設計還培養(yǎng)了動手查閱手冊、文獻資料，獨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，掌握了編寫課程設計報告書的方法，培養(yǎng)了嚴肅的工作作風、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,為將來的畢業(yè)設計提供了寶貴的經(jīng)驗。這次課程設計要特別感謝xxx老師的耐心輔導以及在設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1童詩白.模擬電子技術基礎m.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春華.電子線路設計與應用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱關源 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（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