汽車尾燈控制器的電路設計.doc

武漢理工大學電子科學與技術專業(yè)課程設計課程設計說明書基礎強化訓練報告題 目： 汽車尾燈控制器的電路設計 專業(yè)班級： 電子科學與技術0703班 學生姓名： 田 鑫 指導教師： 鐘 毅 武漢理工大學信息工程學院2009年07月17日基礎強化訓練任務書學生姓名： 田鑫 專業(yè)班級：電子科學與技術0703班指導教師： 鐘毅 工作單位： 信息工程學院 題 目: 汽車尾燈控制器的電路設計 一、 訓練目的：主要目的就是對學生進行基礎課程、基本技能、基本動手能力的強化訓練，提高學生的基礎理論知識、基本動手能力，提高人才培養(yǎng)的基本素質(zhì)。二、 初始條件： 計算機；Microsoft Office Word 軟件；PROTEL軟件本設計既可以使用中、小規(guī)模集成電路芯片7400、7404、74138、7476、7486和其它器件實現(xiàn)對汽車尾燈顯示的控制功能。本設計也可以使用單片機系統(tǒng)構建簡易頻率計。工作電源Vcc為12V。電路組成框圖如圖1所示： 圖1汽車尾燈控制電路框圖要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設計工作量：1周。2、技術要求：設汽車尾部左右兩側各有3個指示燈（用發(fā)光管模擬），要求是： 汽車正常行駛時，尾燈全部熄滅。 當汽車右轉彎時，右側3個指示燈按右循順序點亮。 當汽車左轉彎時，左側3個指示燈按左循順序點亮。 臨時剎車時，所有指示燈同時閃爍。 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。制作實際運行裝置。3、查閱至少5篇參考文獻。按武漢理工大學課程設計工作規(guī)范要求撰寫設計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應符合繪圖規(guī)范。時間安排：1、 2008 年 6 月 29 日集中，作課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求說明。2、 2008 年 6 月 29 日，查閱相關資料，學習電路的工作原理。2、 2008 年 6 月 30 日 至 2007 年 7 月 1 日，方案選擇和電路設計。2、 2008 年 7 月 1 日 至 2007 年 7 月 2 日，電路調(diào)試和設計說明書撰寫。3、 2008 年 7 月 3 日上交課程設計成果及報告，同時進行答辯。課設答疑地點：鑒主14樓電子科學與技術實驗室。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄1 摘要. 12設計要求與思路. 1 2.1設計目的與要求 2 2.2設計思路構想 2 2.2.1汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關系 2 2.2.2汽車尾燈控制器功能描述. 23 單元電路設計. 4 3.1 秒脈沖電路的設計. 4 3.2 開關控制電路的設計. 5 3.3 三進制計數(shù)器電路的設計. 4 3.4 譯碼與顯示驅動電路的設計 7 3.5 尾燈狀態(tài)顯示電路的設計. 84電路仿真與分析. 10 4.1電路仿真總電路圖. 10 4.2汽車尾燈控制器電路的工作原理. 10 4.3參數(shù)計算與器件選擇. 115 電路安裝與調(diào)試. 11 5.1電路安裝過程. 11 5.2電路的調(diào)試. 116 元器件清單. 117 設計體會. 13參考文獻. 14161摘要課程設計作為數(shù)字電子技術和模擬電子技術課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設計和調(diào)試的方法，增加集成電路應用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。 本文介紹了一種通過TTL系列產(chǎn)品設計模擬汽車尾燈工作情況電路的方法。主要闡述了如何通過555系列來制作脈沖產(chǎn)生器，如何利用J-K觸發(fā)器改制三進制的計數(shù)器和譯碼器的使用等一系列方法。實驗通過發(fā)光二極管模擬汽車尾燈來實現(xiàn)了汽車在行駛時候的四種情況：正常行駛，左拐彎，右拐彎，臨時剎車。關鍵字：汽車尾燈，脈沖，計數(shù)器，譯碼器，行駛情況AbstractCurriculum design as a simulation of digital electronic technology and electronic technology an important component of the course, on the one hand, the purpose of enabling us to further understanding of course content, the basic digital system design and debugging methods, applications of integrated circuits to increase knowledge, foster the ability of our hands as well as analysis, problem-solving abilities. This article describes a series of product design through simulation TTL auto taillight circuit methods work. Mainly on how to produce 555 series pulse generator, how to make use of JK flip-flop ternary system decoder of the counters and the use of a range of methods. Experimental simulation of vehicle through the light-emitting diode taillights to achieve a moving car when the four cases: the normal traffic, left turn, right turn, temporary brake.Keywords: auto lamps, pulse, counters, decoders, traffic situation.2設計要求與思路2.1設計目的與要求設計目的：設計一個汽車尾燈控制器，實現(xiàn)對汽車尾燈狀態(tài)的控制。設計要求：在汽車尾部左右兩側各有3個指示燈（假定用發(fā)光二極管模擬），根據(jù)汽車運行的狀況，指示燈需具有四種不同的狀態(tài)：汽車正向行駛時，左右兩側的指示燈處于熄滅狀態(tài)。 汽車向右轉彎行駛時，右側的三個指示燈按右循環(huán)順序點亮 汽車向左轉彎行駛時，左側的三個指示燈按左循環(huán)順序點亮 汽車臨時剎車時，左右兩側指示燈處于同時閃爍狀態(tài)2.2設計思路與構想2.2.1汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關系 為了區(qū)分汽車尾燈的4種不同的顯示模式，需設置2個狀態(tài)控制變量。假定用開關K1和K0進行顯示模式控制，可列出汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關系，如表2.1所示。表2.1汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)開關控制汽車運行狀態(tài)左轉尾燈右轉尾燈K1K0D1 D2 D3D4 D5 D600正常運行燈滅燈滅01右轉彎按D3、D2、D1順序循環(huán)點亮燈滅10左轉彎燈滅按D4、D5、D6順序循環(huán)點亮11臨時剎車所有尾燈同時閃爍2.2.2汽車尾燈控制器功能描述 在汽車左右轉彎行駛時由于3 個指示燈被循環(huán)順序點亮，所以可用一個三進制計數(shù)器的狀態(tài)控制譯碼器電路順序輸出高電平，按要求順序點亮3個指示燈。設三進制計數(shù)器的狀態(tài)用Q1和Q0表示，可得出描述指示燈D1、D2、D3、D4、D5、D6與開關控制變量K1、K0，計數(shù)器的狀態(tài)Q1、Q0以及時鐘脈沖CP之間關系的功能表如表2.2所示（表中指示燈的狀態(tài)“1”表示點亮，“0”表示熄滅）。表2.2汽車尾燈控制器功能表控制變量計數(shù)器狀態(tài)汽車尾燈K1K0Q1Q0D1 D2 D3D4 D5 D600dd0 0 00 0 0010010100 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 0100010100 0 00 0 00 0 01 0 00 1 00 0 111ddcp cp cpcp cp cp根據(jù)以上設計分析與功能描述，可以得出汽車尾燈控制器的結構框圖，如下圖所示。 根據(jù)以上設計分析與功能描述，可得出汽車尾燈控制器的結構框圖。整個電路可由秒脈沖電路、開關控制電路、三進制電路、譯碼與顯示驅動電路、尾燈狀態(tài)顯示5部分組成。3單元電路設計3.1秒脈沖電路的設計方案一：石英晶體振蕩器；此電路的振蕩頻率僅取決于石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fs，而與電路中的R、C的值無關。所以此電路能夠得到頻率穩(wěn)定性極高的脈沖波形，它的缺點就是頻率不能調(diào)節(jié)，而且頻帶窄，不能用于寬帶濾波。此電路非常適合秒脈沖發(fā)生器的設計，但由于盡量和課堂知識聯(lián)系起來，所以沒有采用此電路。方案二：由555定時器構成的多諧振蕩器；由555定時器構成的多諧振蕩器。555定時器的管腳圖如圖3.1所示。由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅動電流大，功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的影響很小。所以由555定時器構成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾。因此采用此方案。圖3.1 555定時器的引腳圖圖3.1 555定時器的引腳圖由于本次實驗對脈沖的要求不高，同時為了保證二極管的閃爍適宜，可以讓脈沖周期設定為一秒左右即可。電路原理如圖3.2所示。圖3.2用NE555制作脈沖發(fā)生器的原理圖3.2開關控制電路的設計設譯碼器與顯示驅動電路的使能控制信號為G和F，G與譯碼器74LS138的使能輸入端G1相連接，F(xiàn)與顯示驅動電路中與非門的一個輸入端相連接。由總體邏輯功能可知，G和F與開關控制變量，K1、K0以及時鐘脈沖CP之間的關系如表3.1所示。表3.1 使能控制信號與開關控制變量、時鐘脈沖的關系開關控制時鐘脈沖使能控制信號電路工作狀態(tài)K1K0CPGF00d01汽車正常行駛（此時譯碼器不工作，譯碼器輸出全部為高，顯示驅動電路中的與非門輸出均為低，反相器輸出均為高，尾燈全部熄滅）01d11汽車右轉彎行駛（此時譯碼器在計數(shù)器控制下工作，顯示驅動電路中的與非門輸出取決于譯碼器輸出，右側尾燈D1、D2、D3在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮）10d11汽車左轉彎行駛（此時譯碼器在計數(shù)器控制下工作，顯示驅動電路中的與非門輸出取決于譯碼器輸出，左側尾燈D4、D5、D6在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮）11cp0cp汽車臨時剎車（此時譯碼器不工作，譯碼器輸出全部為高，時鐘脈沖cp通過顯示驅動電路中的與非門作用到反相器輸出端，使左右兩側的指示燈在時鐘脈沖cp作用下同時閃爍） 根據(jù)G和F的邏輯表達式，可畫出開關控制電路。如圖3.3所示圖3.3 開關控制電路3.3三進制計數(shù)器電路的設計三進制計數(shù)器的狀態(tài)表如表3.2所示。表3.2 三進制計數(shù)器的狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q1Q0Q1Q000010110100011dd方案一：由J-K觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器；由于電路中只需采用一片雙J-K觸發(fā)器74LS76芯片即可（7476芯片引腳圖如圖3.7所示），因此電路結構簡單，成本低，所以選用此方案。方案二：由D觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器；兩個D觸發(fā)器可由一片雙D觸發(fā)器74LS74芯片實現(xiàn)，以及74LS00與非門和74LS04非門來實現(xiàn)此電路。由于電路結構較之上一方案有點復雜，而且需要三個芯片（至少兩個），成本較高，因此不采用此方案。圖3.4為74LS76引腳圖，利用74LS76實現(xiàn)三進制計數(shù)電路如圖3.5所示。 圖3.4 74LS76芯片引腳圖 圖3.5 三進制計數(shù)器 3.4譯碼與顯示驅動電路的設計譯碼與顯示驅動電路的功能是：在開關控制電路輸出和三進制計數(shù)器狀態(tài)的作用下，提供6個尾燈控制信號，當譯碼驅動電路輸出的控制信號為低電平時，相應指示燈點亮。因此，譯碼與顯示驅動電路可用74LS138(其功能表如表3.3所示)、6個與非門和6個反相器構成。圖中，譯碼器74LS138的輸入端C、B、A分別接K1、Q1、Q0。當圖中G=F=1、K1=0時，對于計數(shù)器狀態(tài)Q1Q0為00、01、10，譯碼器輸出依次為0，使得與指示燈D1、D2、D3對應的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈D1、D2、D3依次順序點亮，示意汽車右轉彎；當圖中G=F=1、K1=1時，對于計數(shù)器狀態(tài)Q1Q0為00、01、10，譯碼器輸出依次為0，使得與指示燈D4、D5、D6對應的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈D4、D5、D6依次順序點亮，示意汽車左轉彎；當圖中G=0，F(xiàn)=1時，譯碼器輸出為全1，使所有指示燈對應的反相器輸出全部為高電平，指示燈全部熄滅；當圖中G=0，F(xiàn)=cp時，所有指示燈隨cp的頻率閃爍。實現(xiàn)了4種不同模式下的尾燈狀態(tài)顯示。表3.3為74LS138譯碼器的功能真值表。74LS138譯碼器接法如圖3.7所示。圖3.6 74LS138譯碼器引腳圖表3.3 74LS138功能表圖3.7 74LS138控制譯碼顯示電路3.5尾燈狀態(tài)顯示電路的設計尾燈狀態(tài)顯示電路可由6個發(fā)光二極管和6個電阻組成，圖3.9中，當6個反相器的輸出為低電平時，相應發(fā)光二極管被點亮。圖3.8 二極管發(fā)光電位4電路仿真與分析4.1 電路仿真總電路圖圖4.1 汽車尾燈控制器電路原理圖 4.2汽車尾燈控制器電路的工作原理其工作原理圖如圖4.1所示，經(jīng)過以上所述的設計內(nèi)容及要求的分析，可以圖4.1汽車尾燈控制器電路原理圖將電路分為以下幾部分： 首先，通過555定時器構成的多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，該脈沖信號用于提供給雙J-K觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器和開關控制電路中的三輸入與非門的輸入信號。 其次，雙J-K觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器用于產(chǎn)生00、01、10的循環(huán)信號，此信號提供左轉、右轉的原始信號。 最后，左轉、右轉的原始信號通過6個與非門，6個非門以及74LS10提供的高低電位信號，將原始信號分別輸出到左、右的3個汽車尾燈上。得到的信號即可輸出到發(fā)光二極管上，實現(xiàn)所需功能。4.3參數(shù)計算與器件選擇 （1）電阻：由于f為1Hz左右適合觀察即可，根據(jù)公式：f=1.43/C(R1+2R2)，所以選取R1=10k，R2=510k，C1=C2=1F，其他電阻可選為1k即可。 （2）電容：如上所述，電容均選1F/25V。5電路安裝與調(diào)試5.1電路安裝過程對照電路圖焊接電路，過程中注意虛焊與短路，電源Vcc與接地端的接法，在安裝中外觀需要提高，電路功能基本實現(xiàn)。5.2 電路的調(diào)試 將外接電源接好后，一起打開開關或一起斷開開關或打開K1、K2任何其中一個開關，分別觀察二極管發(fā)光狀況并與設計要求比較，發(fā)現(xiàn)基本符合設計要求。6元器件清單表6.1元件清單名稱規(guī)格數(shù)量電阻510 K110061 K210 K1電容1F/25V2開關-2發(fā)光二極管紅6NE555-174LS00-274LS04-174LS10-174LS138-174LS76-174LS86-1USB接口-1導線-若干附圖6.1 其他元器件引腳圖74LS86引腳圖 74LS04引腳圖74LS00引腳圖 74LS10 引腳圖 74LS76 引腳圖7設計體會數(shù)字邏輯是電子科學與技術專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎課，我們進行數(shù)字電子課程設計是我們理論聯(lián)系實際的最好途徑，將書本上的知識利用到實際的分析解決問題中去，這樣使我們更加牢固的掌握分析與設計的基本知識與理論，更加熟悉的各種不同規(guī)模的邏輯器件，掌握邏輯電路的分析和設計的基本方法，為以后的學習奠定基礎。這次課程設計可以說喜憂參半，看似簡單的一塊電路板卻花費我好久的時間。雖然電路外觀不盡如人意，但成果是有目共