交通指示灯电路设计

课程设计说明书

题    目：    交通指示灯电路设计   

课程名称：        数字电子技术       

学    院：                           

学生姓名：                           

学    号：                           

专业班级：                           

指导教师：                     　    

  2013 年  6 月  6 日

课 程 设 计 任 务 书

摘  要：设计制作一个十字路口交通指示灯的简易控制电路，红灯亮表示停止通行，绿灯亮表示通行，通行和停止时间各为30s，并用七段数码管进行倒计时显示剩余时间。脉冲信号用555定时器构成的多谐振荡电路来产生。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来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正沿触发双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，整个电路采用5V电源供电。利用Multisim对设计的电路进行仿真和Altium Designer进行PCB设计制作。通过指导老师进行检查并制板，完成安装与调试。

关键词：555定时器；译码器；计数器；数码管；LED

目    录

1. 设计背景……………………………………………………………………1

1.1社会背景……………………………………………………………………1

1.2专业背景……………………………………………………………………1

2. 设计方案……………………………………………………………………1

2.1任务分析……………………………………………………………………1

2.2方案论证……………………………………………………………………2

3. 方案实施……………………………………………………………………2

3.1原理图设计…………………………………………………………………2

3.2电路仿真……………………………………………………………………4

3.3 PCB制作……………………………………………………………………5

3.4安装与调试…………………………………………………………………5

4. 结果与结论…………………………………………………………………6

5. 收获与致谢…………………………………………………………………6

6. 参考文献……………………………………………………………………7

7. 附    件……………………………………………………………………7

7.1 电路原理图…………………………………………………………………7

7.2 PCB布线图…………………………………………………………………8 

7.3实物拍图……………………………………………………………………8

7.4元器件清单…………………………………………………………………9

1. 设计背景

1.1社会背景

机动化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求，道路堵塞日趋严重，交通事故频繁。于此，科技也在不断的发展，同时电子技术的应用几乎无处不在，大到工业生产的电子控制，自动化生产等，小到日常生活的电子屏幕，广告灯具等。尤其是在交通系统中更是无法或缺，为人们安全行车，舒畅交通起着日趋重要的作用。

1.2专业背景

　　自动化专业是信息产业领域的一门新兴学科，广泛应用于工业、农业、国防等领域，在国民经济中发挥着越来越重要的作用。专业体现了强弱电结合、电工电子技术相结合、软件与硬件相结合，具有交叉学科的性质，电力、电子、控制、计算机多学科综合，使毕业生具有较强的适应能力，是“宽口径”专业。我们学校对学生的专业能力，动手实践能力极为重视，在这样的背景下，学校和学院的领导及老师开展了本次课程实践活动，提高我们把所学理论应用于实际生活的创造和创新能力，着重培养了我们的动手实践的能力。

2. 设计方案

2.1 任务分析

　　根据设计任务可知，交通灯控制器只有两种工作状态，每个状态应该保持一定的时间，来确定十字路口车辆和行人的安全通行，并且这两个状态可以自动切换。为了使交通灯控制器在每个状态按规定的时间正常工作，需要设置秒脉冲发生电路，它既可以作为整个电路的时钟信号，又可以作为倒计时电路的时间信号。为了能够进行时间倒计时，需设置定时电路，它接受外部提供的秒基准信号。并且控制电路在每个状态运行期间，要发出控制信号，以驱动每条道路的指示灯。

经以上分析可知，交通灯控制器可以由秒脉冲产生模块、倒计时和译码显示模块、指示灯驱动模块等组成。

2.2 方案论证

第一脉冲产生模块。可以由555定时器构成多谐振荡器用来产生秒脉冲，2个48K电阻和2个电容分别为10uF、10nF，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。

第二倒计时和译码显示模块。主要由计数器、显示译码器和数码管组成，数码管采用共阳极七段数码管，显示译码器和数码管配合使用构成显示电路。有74LS192构成倒计时电路，74LS47和共阳极七段数码管构成显示电路。

第三指示灯驱动模块。用74LS74来驱动LED红绿灯，使红灯和绿灯与倒计时显示模块相互配合，指示每条道路的通行状态。

由以上几个模块电路构成的电路可以实现交通灯设计要求。

 3.方案实施

3.1原理图设计 

第一、时钟电路设计

　　时钟电路由555定时器构成的多谐振荡器实现，电路由2个48K的电阻、1个10nF和1个10uF的电容、555定时器构成。多谐振荡器电路图如图1所示。

图1 多谐振荡器电路图

第二、显示电路设计

　　显示电路由74LS192N和74LS47N组成，驱动数码管正常工作。将多谐振荡电路所产生的周期性脉冲信号接入计数器实现计数器的减法功能，再将计数器与译码器连接起来，再将信号接入数码管，使数码管显示倒计时。倒计时电路如图2所示、数码管驱动电路如图3所示。

图2 倒计时电路

图3 数码管驱动电路

第3、指示灯驱动电路

　　由74LS74来驱动红绿灯。本模块由4个100的电阻、2个绿色LED灯和2个红色LED灯构成。指示灯驱动电路图如图4所示。

图4 指示灯驱动电路

图5 仿真图

3.2电路仿真

　　在各模块电路设计的基础上，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。根据红绿灯亮灭情况及倒计时装置情况判断电路是否正常。仿真结果符合要求。仿真图如图5所示。

3.3 PCB制作

　　在布线前要在.Altium Designer 中完成对元件的封装。由于一个器件可能有多个封装，所以封装时应根据所给元件的类型选择合适的封装，然后对各个元件进行封装。封装完成后，把原理图导入PCB文件中，在对元件的位置进行手动摆放，使尽量少的线重叠，以减少布线时跳线的出现。按要求设置电源线和地线、焊盘等参数。合理布线，在尽量少的采用跳线下应整齐美观。PCB布线图如图6所示。

图6 PCB布线图

3.4安装与调试

　　首先安装前做了必要的准备工作。检查了器件是否齐全、电路板是否存在断线和短路现象、准备焊接工具、标记正负极和集成器件的方向防止错误连接。经检查发现电路板有部分短路，决定用焊锡和导线进行补救，其他正常。

　　然后开始安装，将器件及底座插入电路板并检查是否有错，经检查没有安装错误，开始焊接，在焊接过程中发现有些焊盘或导线相距比较近，所以焊接需要格外小心防止短路，焊接时间也要控制好防止因为过热把板子烧坏。焊接完成再次检查，没有错误焊接，安装正确。

　　安装完成，开始调试。接通电源发现电路未工作，用万用表检查后发现六脚开关设置错误，然后改正，继续调试。电路仍不能工作，最后向指导老师胡万里老师寻求帮助，经指导老师检查后电路没有问题，但调试后还是不能正常工作。

4. 结果与结论

按设计好的原理图进行仿真，电路符合要求。将原理图数据导入PCB文件中进行PCB设计，以尽可能少的跳线（最多不超过5根）对PCB进行布局，然后进行布线并进行电气规则检查合乎要求，有4根跳线。在制版过程中，错在一些错误，线路被浊蚀形成短路，后经补救解决，最后完成安装。加上5V电源，电路不能正常工作，多次调试后，问题仍没有得到解决。

 5 收获与感谢

　　通过这次课程设计实践活动我收获良多，也得到了许多老师的耐心指导和同学的帮助。在这次课程实践活动中让我对电子设计方面的软件（如Multisim、Altium Designer）的使用更加熟练，了解到理论应用到实际生活中也需要很强的知识在生产的创新能力，才能使理论知识与生活实践相结合，从而更好地发挥理论指导实践的作用；更好的了解了数字电路的构成和工作原理，更深层次的理解了书本上的理论知识，激起了我对数字电子电路的浓厚兴趣。切身感受到团队合作精神的重要性，队友之间要精诚合作，团结一致才能更好地克服困难，分析和解决问题。在这次实践中也使我认识到自身的优点和不足，在实践中我擅长动手实践，而在理论分析方面有所不足，理论知识掌握的不牢固。同时对我们的每一个队友来说都意识到严谨的态度对实验的成败起了重要作用。这次实践活动加强了我的动手实践能力，加深了我对理论知识的理解，增进了团队协作精神，认识到自身不足，对我今后更加努力的学习弥补不足，提高自身素质，增进信心起了很大作用。

最后感谢在这次课程实践活动中给予耐心指导以及在设计中给出的宝贵建议和意见的指导老师胡老师，还有在这次实践中默契合作的搭档。再次对他们致以深深的感谢。

6. 参考文献

[1]谷树忠，刘文洲，姜航.Altium Designer教程[M].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）[M].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[M].北京：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。

图7 电路原理图

7.2 PCB布线图

PCB布线图如图8所示。

图8 PCB布线图

7.3实物拍图

安装完成后实物拍图如图9所示。

图9 实物拍图

7.4 元器件清单

元器件清单如表1所示。

表1 元器件清单

课程设计报告成绩：             ，占总成绩比例：     40％     

课程设计其它环节成绩：

环节名称：  原理设计    ，成绩：        ，占总成绩比例： 20％ 

环节名称：  PCB设计    ，成绩：        ，占总成绩比例： 20％ 

环节名称：  安装调试    ，成绩：        ，占总成绩比例： 20％ 

总 成 绩：            

指导教师签字：