前言

1 前言（课题概述）
1.1 倒计时交通灯系统简介
倒计时交通灯是存在于各大十字路口的必需设备，能有效解决交通堵塞，方便车辆行人掌握正确的出行方式。该系统使用两个CD4511数码管驱动器驱动两个数码管实现整数倒计时，倒计时信号由74LS192提供技术脉冲，信号发生器NE555产生控制黄灯闪烁的信号，红绿灯转换信号由三极管提供。
1.2 选题背景及意义
PCB课程设计旨在通过动手掌握PCB板的基本画法，由此选择较为简便但基本流程都包括在内的倒计时交通灯作为结课设计。其中包括了创建工程、画原理图、画PCB图、手动布局、自动布线以及其他操作。
手动画出NE555振荡器、D触发器74LS74、译码器CD4511和74LS192计数器的元件库和封装库，更加清晰的掌握各模块各引脚的电气特性。通过画原理图，对各模块之间的连线，也更加清楚掌握各模块之间是如何进行交互控制，更加系统的掌握该系统的工作原理。
对于倒计时交通灯的手动布局，很重要的一点是对于实验现象观察要更直观，故应把两个数码管、四路红绿黄灯放置到一起，其余模块在保证正确布线的前提下尽可能使用更小的空间，对于电磁兼容问题也是要考虑到的一方面。
1.3 课题原理知识简述
本设计采用NE555作为信号发生器，输出3脚为74LS192提供计数脉冲，实现倒计时，采用译码器CD4511作为数码管驱动来实现数码管倒计时显示。当显示03时，黄灯启动闪烁功能，并且持续到O0，停止闪烁，与此同时，VT1给74LS192预置数值30，VT3向D触发器74LS74发出一个触发脉冲，触发器翻转，红绿灯实现变换。
PCB板原理知识包括，绘制元件库、原理图的绘制、为元件库中的元件添加封装、导入PCB图，排序，布线，加工成板。
上述提到的绘制元件库是指所需元件在标准库中未找到故要自己手动绘制。绘制时特别注意元件的电气特性，包括引脚的输入输出、模拟数字的区分以及VCC、GND等引脚的正确标注。
绘制封装是能够正常使用自制元件的重要一步。单个元件的封装图即加工成PCB板后对应器件引脚的焊盘位置。器件一般是双排32孔或双排16孔的设计，且器件上方有个小凹槽，封装图的焊盘逆时针从1-32或1-16排序，切记焊盘的标号一定与实物板上的孔对应。PCB设计中很重要的一点就是将整个原理图绘制正确，包括连线正确和元件对应编号正确。其中编辑器会检查已经连接好的原理图的连线正确性，编译结束后如果有错误会显示提示以便使用者找出错误。
若原理图编译无误，则可进行PCB 图的导入，导入到PCB图后各个元件显示封装图模样。先在PCB图层画出实物板的大小，再将各元件按一定位置放置准确后，根据需要改变线宽、单双层或其他。上述操作完成后，进入到最后一步，布线。在绘制简单PCB板时可以使用软件的自动布线功能，但若绘制复杂PCB 板则应该手动布线，因正常使用是要考虑电气特性或其他，其自动布线对于复杂连线耗时长。

设计目的及要求

2 设计目的及要求（总体方案论证与设计）
2.1 倒计时交通灯设计任务及要求
2.1.1 设计任务
设计一个倒计时交通灯，实现红绿黄灯状态的循环，循环时间点由倒计时决定，具体表现为东西方向和南北方向的红绿灯转换，当红灯转换成绿灯或绿灯转换成红灯前3秒，黄灯实现闪烁状态，提示车辆或行人行进状态的改变。
首先假设东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，倒计时时间为30s。到最后3s时东西方向的红灯和南北方向的绿灯同时转换成黄灯，并持续闪烁，随着倒计时到0，东西方向的红灯转换成绿灯，对于南北方向的绿灯转换成红灯，倒计时重新从30s开始。如此实现循环。
2.1.2 设计技术指标
时钟脉冲模块:采用NE555振荡器和RC电路组成振荡电路，产生1HZ时钟信号。
倒计时模块:使用2个带预置数的十进制计时器74LS192计数器构成30秒倒计时计时器。74LS192计数器通过同时触发所有触发器而提供同步操作，以便在使用控制逻辑结构时，输出端的变化可相互重合。74LS192计数器易级联，即把借位输出端和进位输出端分别反馈到后级计数器的减计数输入端和加计数输入端上即可。
显示模块:采用2个CD4511作为译码器，将74LS192输出的BCD码转化成二进制数，通过七段数码管的不同高低电平显示出具体数值。
红绿灯转换模块: 使用D触发器，D触发器是一个具有记忆功能的，具有两个稳定状态的信息存储器件，触发器具有两个稳定状态，即"O和"1"，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，具有置0、置1两种功能。D沿触发器和其他元件构成单稳态触发器，每接收一个脉冲，红绿灯即交替一次。
黄灯闪烁模块:NE555构成振荡电路。触发信号来源于十位为零，个位为三，当检测到输出的脉冲信号时，黄灯处于闪烁状态。
2.2 设计原理与步骤
2.2.1 系统组成原理
由D触发器74LS74与外围元件构成单稳态电路，用于红绿灯状态切换。D触发器是边沿触发器，能够实现5、6管脚同时转换，即东西路和南北路的同时变换。
黄灯闪烁电路。可以采用NE555振荡电路实现，接收到控制端的信号，NE555的第4管脚高电平，开始工作，第三脚可输出脉冲信号，并且调整C5或R27可以改变黄灯闪烁频率。
采用74LS192作为倒计时控制器件,当倒计时显示00时，其输出端输出一个脉冲，作用于D触发器74LS74，可直接作为红绿灯变化信号。
倒计时由CD4511译码器控制，结合数码管的八位段选，输出不同的高低电平显示30s内的倒计时，在译码器和数码管两者之间通过限流电阻进行限流。
为保证电路稳定工作，给整个系统增加了稳压电路。

                               图2-1 总体工作原理图

2.2.2 输入模块
倒计时模块:使用2个带预置数的十进制计时器74LS192计数器构成30秒倒计时计时器。时钟信号输出三脚提供给74LS192计数器脉冲。74LS192计数器通过同时触发所有触发器而提供同步操作，以便在使用控制逻辑结构时，输出端的变化可相互重合。74LS192计数器易级联，即把借位输出端和进位输出端分别反馈到后级计数器的减计数输入端和加计数输入端上即可。
显示模块:采用2个CD4511作为译码器，将74LS192输出的BCD码转化成二进制数，通过七段数码管的不同高低电平显示出具体数值。
红绿灯转换模块: 使用D触发器，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，具有置0、置1两种功能。D沿触发器和其他元件构成单稳态触发器，每接收三极管发来的一个脉冲，红绿灯即交替一次。
黄灯闪烁模块:NE555构成振荡电路。触发信号来源于十位为零，个位为三，当检测到输出的脉冲信号时，黄灯处于闪烁状态。
2.2.3 输出模块
时钟脉冲模块:采用NE555振荡器和RC电路组成振荡电路，产生1HZ时钟信号。该模块是倒计时触发信号的产生，其中时钟频率产生的矩形波决定了倒计时的速率。

系统硬件电路设计

3 系统硬件电路设计
3.1 倒计时交通灯I/O点的分配
1.I/O分配表

表3.1 系统I/O分配表
3.2 倒计时交通灯原理图和PCB图
1.电路原理框图

                                图3-2-1 倒计时交通灯原理图

2、电路PCB图

                  	             图3-2-2 倒计时交通灯PCB

4、元件清单
4、1倒计时交通灯元件清单