交通指示灯课程设计(安阳工学院)

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课程设计说明书题目:交通指示灯课程设计课程名称:数字电子技术学院:电子信息与电气工程学院学生姓名:路鹏学号:201102010102专业班级:自动化2011级1班指导教师:胡万里2013年6月7日成绩课程设计任务书设计题目交通指示灯学生姓名路鹏所在院系电子信息与电气工程学院专业、年级、班自动化2011级1班设计要求:1、设计制作一个十字路口交通指示灯简易控制电路;2、红灯亮表示停止,绿灯亮表示通行,通行间和停止时各30秒;3、通行和停止时间用数码管显示,采用倒计时方式。学生应完成的工作:设计交通指示灯的工作原理,并利用Multisim软件进行电路仿真。然后绘制电路原理图,并设计制作电路板。根据设计原理对电路进行安装调试,完成课程设计工作,并提交课程设计报告。参考文献阅读:[1]谷树忠,刘文洲,姜航.AltiumDesigner教程.北京:电子工业出版社,2010.[2]邱关源,罗先觉.电路(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.[3]郑君里,杨为理.信号与系统(第三版):北京:高等教育出版社,2011.[4]秦长海,张天鹏,翟亚芳.数字电子技术:北京大学出版社,2012.[5]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2005.工作计划:5月14号—16号完成原理图的设计;5月17号—18号进行PCB设计;5月21号—23号制作PCB板;5月24号—25号电路板安装与调试,提交课程设计报告。任务下达日期:2013年5月27日任务完成日期:2013年6月7日指导教师(签名):学生(签名):交通指示灯摘要:设计制作一个十字路口交通指示灯简易控制电路,红灯亮表示停止,绿灯亮表示通行,通行和停止时间各为30秒,通行和停止时间用数码管显示,采用倒计时方式。脉冲信号用555定时器构成的多谐振荡电路来产生的。74LS192可逆十进制计数器的减法功能和74LS47译码器构成译码电路实现电路的减法计数。两个共阳极数码管来显示译码电路实现的减法计数。74LS74触发双D型触发器实现交通灯的交替变换。两组发光二极管来显示红绿灯的变化,电路采用5伏电源供电。利用Multisim对设计的电路进行仿真,得到交通指示灯控制电路。用AltiumDesigner进行PCB的制作。关键词:555定时器;译码器;计数器;双D触发器;仿真;PCB制作目录1.设计背景……………………………………………………………………11.1社会背景…………………………………………………………………11.2专业背景…………………………………………………………………12.设计方案…………………………………………………………….……12.1任务分析……………………………………………………………………12.2方案论证……………………………………………………………………13.方案实施……………………………………………………………………23.1原理图设计…………………………………………………………………23.2电路仿真……………………………………………………………………43.3PCB制作……….…………………………………………………………53.4安装与调试…….…………………………………………………………64.结果与结论………………………………………………………………65.收获与致谢…。……………………………………………………………66.参考文献……………………………………………………………………77.附件…。……………………………………………………………………77.1电路原理图…………………………………………………………………77.2PCB布线图…………….…………………………………………………87.3PCB实物图……….………………………………………………………97.4元器件清单………….……………………………………………………1011.设计背景1.1社会背景从19世纪到现在不仅科技的不断发展,交通灯的发展是交通日渐繁华的必然产物,交通灯控制系统对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果,使城市交通得以有效管理。现如今交通灯已经成为人们生活中不可或缺的一部分,是维护交通秩序的重要工具,信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故的发生有明显效果。1.2专业背景自动化专业是一个有前景的专业,一般来说不外乎有这样几个原因:一是属于信息产业。信息产业被人们誉为“朝阳产业”,发展快、需要人才多、待遇较高,是当今科技发展的趋势所在。因此,作为信息产业中的重要一员,自动化专业同样有着光辉的前途。二是自动化应用范围广。目前,几乎所有的工业部门都可以同自动控制挂上钩,现代化的农业、国防也都与自动化息息相关。三是本专业对于个人发展非常有利。本专业课程设置的覆盖面广,所学的东西与其他学科交叉甚多。对那些有志于学到真本领、硬功夫的同学来说,这个专业真的是一个非常好的选择。为使我们跟上时代的步伐,更加凸显我们的动手能力,开展了本次课程设计。让我们进一步迈向应用型人才。2.设计方案2.1任务分析根据课程设计要求,分析可知,555定时器产生矩形脉冲,用计数器和译码器实现置数,控制数码管进行倒计时工作,用触发器来实现红绿灯的变化。2.2方案论证第一,脉冲的产生。由555定时器、2个电阻和2个电容一起构成的周期为一秒的时钟周期发生器,为电路提供时钟信号。第二,计数的实现。采用74LS192实现,脉冲信号接入74LS192的倒计时控制端CNTDWM端,让其实现倒计时功能。第二部分倒计时控制电路需要用2到两片74LS192,接入脉冲信号的74LS192的预置数为0000,由该芯片的借位输出端TCDWN控制第二片74LS192(该芯片的预置数为0011)的倒计时控制端,用于实现当个位由九变为零时,十位数值减少一,从而实现倒计时30秒的功能。第二部分的两个芯片的预置数控制端和预置数为0011的芯片的借位输出端连在一起,用于实现每倒计时30秒后,两个芯片返回为预置数,即重新从30秒开始倒计时。第三,译码显示部分。由两片74LS47实现译码功能,再由两个七段共阳极数码管实现显示输出功能。第四,红绿灯交替显示。由预置数为0011的74LS192的借位输出端TCDWN作为此芯片的输入控制端,该部分的基本部分为由D触发器构成的T触发器,每倒计时30秒后其输出状态翻转一次,接在两个输出端红绿灯翻转一次。由以上四个基本部分构成的电路即可实现交通灯设计要求。3.方案实施3.1原理图设计1.时钟电路设计。555多谐自激振荡集成电路制成,与两个48千欧电阻和一个10uf电容还有一个0.01uf电容一起构成周期为一秒的时钟周期发生器,为电路提供时钟信号,支持整个电路的工作。555定时器的引脚图如1图所示,用555定时器接成的多谐振荡器如图2所示。图1555定时器的引脚图3图2用555定时器接成的多谐振荡器2.显示电路设计由74LS192N计数器和74LS47N译码器组成,用以驱动数码管正常工作,其中可逆计数器用减法的,并且在时钟电路的控制下让数码管工作,进行倒计时。我们将振荡电路所产生的周期性脉冲信号接入计数器的14引脚从而实现计数器的减法功能,再将计数器与译码器连接起来最终构成部分,再将信号接入数码管,使数码管显示倒计时。显示电路如下图3所示。其中74LS192是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能,其引脚排列及逻辑符号如下图4、图5所示。4图3显示电路图图474LS192引脚排列图5图574LS192逻辑符号图图中:为置数端,为加计数端,为减计数端,为非同步进位输出端,为非同步借位输出端,P0、P1、P2、P3为计数器输入端,为清除端,Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。表174LS192功能表输入输出MRPLCPUCPDP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01×××××××000000××dcbAdcba011××××加计数011××××减计数3.2电路仿真在各单元电路设计的基础上,按照总体电路图在仿真软件Multisim上选择芯片并进行连接,然后启动开关观察。将电路在Multisim上连接好后,为各个电阻和电容选取适当值,然后打开Multisim的开关,根据红绿灯亮灭情况及示倒计时装置情况判断电路是否正常。通过仿真,我们的电路原理图无误。6图6仿真图3.3PCB制作在布线前要在AltiumDesigner中完成对电路图个元件的封装。在封装时,要注意,因为对于同一个元件可能又多种封装方式。封装时根据所给元件的类型选择合适的封装对各个元件进行封装。封装完成后,把原理图导入PCB板。导入PCB板后,再对元件的位置重新手动摆放,使尽量少的线重叠,以减少布线时的跳线出现。按照要求采用电源线和地线要求采用0.8mm或是0.6mm,如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。信号线采用0.5mm,如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。焊盘的内径用0.85mm或0.9mm。外径根据需要进行修改,一般为X方向1.6mm,Y方向2.0mm,或是X方向2.0mm,Y方向1.6mm。合理布线,在尽量少的采用跳线下应整齐美观。至此完成了PCB的制作。3.4安装与调试在电路的安装过程中开始时将共阳极数码管接反了,再取下来的过程中导致信号线断路,后来经过调整使电路焊接成功,电路完成安装后,进行第一次调试,发现电路只有一个数码管工作,仔细检查后发现电路中存在断路和虚焊,用跳线把断开处焊接好之后,并且加强了焊点的固定,解决了问题。用万用表测时后发现电路断开处正常工作虚断处恢复正常。进行第二次调试,发现电路倒计时装置可以工作,而电路显示模块无法工作,用万用表调试后发现电路中触发器电源端未接电源,用导线进行了连接并用万用表测试显示接线成功。调整完毕后进行第三次调试,发现发光二级管不工作,用万用表测量后发现有一个红色发光二极管坏了,且有一个二极管虚焊,进行调整后,发现问题解决。开7始第四次调试,这次虚焊的二极管能进行工作但其他二极管不工作,检查电路后没有发现错误,因原本测试时用的电源是4.5伏电源,于是我们尝试采用手机电源的充电装置(4.7v)进行测试。显示电路正常工作。4.结果与结论经过不断的调试,电路板最终大体正常工作。但仍然存在些许问题如倒计时装置的倒计时过程在后半段不太稳定,经过多次调整后仍未解决,但显示装置和数码管大体正常工作。5.收获与致谢为期两个星期的课程设计实习很快就过去了,这让收获良多。这次课程设计我深刻意识到动手能力的重要性。更深层次的理解了我们日常学习中所进行的实验的重要性。在设计过程中我认识到自己对于以前所学过的知识掌握程度太不熟悉和牢固。中途翻阅了大量的书籍。总体来说,这次课程设计增强了我的实际操作能力、持久的耐心和团队合作的重要性。没有我们共同的努力就不会看到所设计的设计成果。这次设计过程中我要感谢胡万里老师,李淇老师,张天鹏老师的耐心指导以及在设计中给出的宝贵建议和视频教程,使我对AltiumDesigner有了更深的理解和掌握,而胡万里老师细心地帮助调试和讲解更是让我受益匪浅。6.参考文献[1]谷树忠,刘文洲,姜航.ActiumDesigner教程.北京:电子工业出版社,2010.[2]邱关源,罗先觉.电路(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.[3]郑君里,杨为理.信号与系统(第三版):北京:高等教育出版社,2011.[4]秦长海,张天鹏,翟亚芳.数字电子技术:北京大学出版社,2012.[5]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2005.7.附件7.1电路原理图电路原理图如图7所示。8图7电路原理图7.2PCB布线图PCB布线图如图8所示。图8PCB布线图97.2PCB实物图图9PCB实物图107.4元器件清单元器件清单如表2所示。表2元器件清单名称功能个数74LS192可逆十进制计数器2555定时器定时174LS47译码器274LS74双D触发器1电阻48KΩ2100Ω5电容10nF110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