電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告---交通燈控制器

1、<p>　　電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　題目 2</p><p>　　任務(wù) 2</p><p>　　要求

2、 2</p><p>　　設(shè)計(jì)摘要及整體方框圖 2</p><p>　　單元單路設(shè)計(jì)原理及原理分析 3</p><p>　　整體電路原理圖 9</p><p>　　原件表 9 </p>&l

3、t;p>　　PCB版制作 10</p><p>　　焊接與調(diào)試 10</p><p>　　體會(huì) 11</p><p><b>　　題目</b></p><p><b&

4、gt;　　交通燈控制器</b></p><p><b>　　任務(wù)</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　要求</b></p><p>　　本電

5、路設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制器，需要達(dá)到的目的如下：</p><p>　　一個(gè)周期64秒，平均分配，前32秒紅燈亮，后32秒綠燈亮。</p><p>　　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。</p><p>　　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

6、2。</p><p>　　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。</p><p>　　設(shè)計(jì)摘要及整體方框圖</p><p>　　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

7、是發(fā)光二極管的控制信號(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：</p><p>　　單元單路設(shè)計(jì)及原理分析</p><p>　　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)

8、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。</p><p><b>　　1.555定時(shí)器</b></p><p>　　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GND。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

9、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

10、考慮如何讓2和6的點(diǎn)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。</p><p>　　555應(yīng)用：多諧振蕩器</p><p>　　（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(duì)電容器C充電，2、6

11、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(duì)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C1為103電容。</p><p>　　理論推導(dǎo)出，振蕩器的頻率由電阻R1、R2和電容C決定。</p><p>　　f=1

12、.43/（2R1+R2）C</p><p>　　脈沖波的占空比由電阻R1和R2決定，結(jié)果為</p><p>　　γ=（R1+R2）/（2R1+R2）</p><p>　　可見，當(dāng)R2越小時(shí)，占空比接近50%。</p><p>　　2.七位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4024</p><p>　　七位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4024各腳功能如圖所示

13、，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)：00000000-11111111.</p><p>　　本電路中的組合邏輯電路的輸入信號(hào)為二進(jìn)制計(jì)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

14、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。</p><p>　　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：</p><p><b>

15、;　　從以上可知：</b></p><p>　　L1=Q7，需要低電平有效時(shí)，L1=Q7</p><p>　　L2=Q7，需要低電平有效時(shí)，L2=Q7</p><p>　　L3=Q6Q5=Q6Q5</p><p>　　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L

16、4，</p><p><b>　　L4=L3*Q1</b></p><p>　　當(dāng)L3為0時(shí)，L4=1</p><p>　　當(dāng)L3為1時(shí)，L4=Q1</p><p>　　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。</p><p>　　有以上討論可知，需要兩個(gè)二輸入

17、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。</p><p><b>　　3.74LS00</b></p><p>　　74LS00外形為DIP14，74LS00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

18、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。</p><p>　　4.可預(yù)置二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS193</p><p>　　74LS193外形結(jié)構(gòu)為DIP16，其中（8）腳接GND，（16）腳接+5V。</p><p>　　<1>CU—加計(jì)

19、數(shù)脈沖信號(hào)輸入端。</p><p>　　<2>CD—減計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)輸入端。</p><p>　　注意：用其中一個(gè)輸入端時(shí)，另一個(gè)輸入端接高電平。</p><p>　　<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。</p><p>　　<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)

20、狀態(tài)時(shí)，通過該輸入端預(yù)置數(shù)，此時(shí)Q3-Q0=P3-P0。</p><p>　　<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)。</p><p>　　<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)。</p>

21、<p>　　<7>TCD—加計(jì)數(shù)借位信號(hào)輸出端。</p><p>　　<8>TCD—減計(jì)數(shù)借位信號(hào)輸出端。</p><p>　　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）。</p><p>　　黃燈不亮，即L3=0時(shí)，計(jì)數(shù)器需要處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，即PL=0，黃燈亮，即L3=1時(shí)，

22、計(jì)數(shù)器需要處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，即PL=1，可見PL=L3。</p><p>　　作為減法計(jì)數(shù)器使用，CU接高電平，CD接脈沖信號(hào)Q2。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　

23、5.四線-七段譯碼器74LS48</p><p>　　16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。</p><p>　　LT燈測試輸入端，低電平有效，即當(dāng)此燈為低電平且BI/RBO為高電平（或開路）

24、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。</p><p>　　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

25、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。</p><p>　　組成數(shù)碼管的七段實(shí)際上就是七個(gè)發(fā)光二極管，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。</p><p><b>　　整體電路原理圖</b></p><p><b>　　原件表</

26、b></p><p>　　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。</p><p><b>　　其他相關(guān)元器件：</b></p><p><b>

27、　　PCB版制作</b></p><p>　　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4～8層的結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　多層印制板一般采用環(huán)氧玻璃布覆銅箔層壓板。

28、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。 </p><p>　　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板的制造工序基本相同。</p>&l

29、t;p><b>　　焊接與調(diào)試</b></p><p>　　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：</p><p>　　<1>各發(fā)光二極管“+”“-”極。三極管上對(duì)應(yīng)的“e”“b”“c”；</p><p>　　<2>集成塊的

30、腳在印刷版上的對(duì)應(yīng)位置；</p><p>　　<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。</p><p>　　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。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：</b></p>&

31、lt;p><b>　　體會(huì)</b></p><p>　　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(duì)數(shù)電課程的理解，對(duì)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。</p><p>　　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。

32、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(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣。</p><p>　　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)會(huì)了焊接，和收音機(jī)焊接比起來，這次的要簡單，但由于焊接是同時(shí)接觸熱和電的，所以在焊接過程中必須小心，注意安全。</p><p>　　調(diào)試是此次課程設(shè)計(jì)的最