《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計報告-汽車尾燈顯示控制電路設(shè)計

1、學(xué) 號： 16課 程 設(shè) 計題 目汽車尾燈顯示控制電路設(shè)計學(xué) 院信息工程學(xué)院專 業(yè)通信工程班 級通信0805 姓 名指導(dǎo)教師2010年 7 月 1日目 錄1 摘要12設(shè)計要求與思路 2 2.1設(shè)計目的與要求 2 2.2設(shè)計思路構(gòu)想 2 2.2.1汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系 2 2.2.2汽車尾燈顯示控制功能描述 23 單元電路設(shè)計 4 3.1 秒脈沖電路的設(shè)計 4 3.2 開關(guān)控制電路的設(shè)計 5 3.3 三進制計數(shù)器電路的設(shè)計 7 3.4 譯碼與顯示驅(qū)動電路的設(shè)計 8 3.5 尾燈狀態(tài)顯示電路的設(shè)計 104電路仿真與分析 11 4.1電路仿真總電路圖 11 4.2汽車尾燈顯示控制電路

2、的工作原理 11 4.3各部分仿真結(jié)果 12 4.4仿真中遇到的問題15 5 元器件清單 166 設(shè)計體會 167附錄17參考文獻 191摘要課程設(shè)計作為數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)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(shè)計和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)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(shè)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

3、，左拐彎，右拐彎，臨時剎車。關(guān)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

4、 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 se

5、ries 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, tempo

6、rary brake.Keywords: auto lamps, pulse, counters, decoders, traffic situation.2設(shè)計要求與思路2.1設(shè)計目的與要求設(shè)計目的：設(shè)計一個汽車尾燈顯示控制，實現(xiàn)對汽車尾燈狀態(tài)的控制。設(shè)計要求：在汽車尾部左右兩側(cè)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(cè)的指示燈處于熄滅狀態(tài)。 汽車向右轉(zhuǎn)彎行駛時，右側(cè)的三個指示燈按右循環(huán)順序點亮 汽車向左轉(zhuǎn)彎行駛時，左側(cè)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(cè)指示燈處于同時閃爍狀態(tài)2.2設(shè)計思路與構(gòu)想2.2.

7、1汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系 為了區(qū)分汽車尾燈的4種不同的顯示模式，需設(shè)置2個狀態(tài)控制變量。假定用開關(guān)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(guān)系，如表2.1所示。表2.1汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)（“0”表示開關(guān)打開，“1”表示開關(guān)合上）開關(guān)控制汽車運行狀態(tài)6個發(fā)光二極管K1K0D1 D2 D3D4 D5 D611正常運行燈滅燈滅10右轉(zhuǎn)彎按D1、D2、D3順序循環(huán)點亮燈滅01左轉(zhuǎn)彎燈滅按D4、D5、D6順序循環(huán)點亮00臨時剎車所有尾燈同時按cp閃爍2.2.2汽車尾燈顯示控制功能描述 在汽車左右轉(zhuǎn)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

8、的狀態(tài)控制譯碼器電路順序輸出低電平，按要求順序點亮3個指示燈。設(shè)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(guān)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(guān)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汽車尾燈顯示控制功能表控制變量計數(shù)器狀態(tài)汽車尾燈K1K0Q1Q0D1 D2 D3D4 D5 D6110 0 00 0 010001010 1 0 00 1 0 0 0 10 0 00 0 00 0 0010010100 0 00 0 00 0 01 0 00 1 00 0 100cp cp cp

9、cp cp cp根據(jù)以上設(shè)計分析與功能描述，可以得出汽車尾燈顯示控制的結(jié)構(gòu)框圖，如下圖所示。根據(jù)以上設(shè)計分析與功能描述，可得出汽車尾燈顯示控制的結(jié)構(gòu)框圖。整個電路可由秒脈沖電路、開關(guān)控制電路、三進制電路、譯碼與顯示驅(qū)動電路、尾燈狀態(tài)顯示5部分組成。3單元電路設(shè)計3.1秒脈沖電路的設(shè)計由555定時器構(gòu)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(qū)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(gòu)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

10、定時器的引腳圖由于汽車尾燈是的點亮是給人的不同的信息及該車將要發(fā)生的動作，所以汽車的尾燈在閃爍的時候不能超過一定的頻率，但是頻率也不能太小，所以我們在設(shè)計的時候是采用的555定時器設(shè)計的一個脈沖產(chǎn)生源，占空比約為50%，它產(chǎn)生的頻率F約為2HZ。然后通過計數(shù)器就能控制汽車尾燈在循環(huán)點亮的時候時間間隔約為0.5S，這樣就能讓人很清楚的明白該汽車的動作以采取相應(yīng)的動作從而避免交通事故的發(fā)生。參數(shù)設(shè)計計算公式 高電平時間： 低電平時間： 占 空 比： 設(shè)計最后圖形如右圖所示： 高電平時間 =250.0ms 低電平時間 =213.9ms 占 空 比 D=53.8% 頻 率 F=2.158電路原理如圖3

11、.2所示。圖3.2用LM555制作脈沖發(fā)生器的原理圖3.2開關(guān)控制電路的設(shè)計 開關(guān)控制電路由74LS集成芯片構(gòu)成。設(shè)譯碼器與顯示驅(qū)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(qū)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(guān)控制變量，K1、K0以及時鐘脈沖CP之間的關(guān)系如表3.1所示。表3.1 使能控制信號與開關(guān)控制變量、時鐘脈沖的關(guān)系開關(guān)控制時鐘脈沖使能控制信號電路工作狀態(tài)K1K0CPGA1101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(qū)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）1011汽車右轉(zhuǎn)彎行

12、駛（此時譯碼器在計數(shù)器控制下工作，顯示驅(qū)動電路中的與非門輸出取決于譯碼器輸出，右側(cè)尾燈D1、D2、D3在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮）0111汽車左轉(zhuǎn)彎行駛（此時譯碼器在計數(shù)器控制下工作，顯示驅(qū)動電路中的與非門輸出取決于譯碼器輸出，左側(cè)尾燈D4、D5、D6在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮）00cp0cp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(qū)動電路中的與非門作用到反相器輸出端，使左右兩側(cè)的指示燈在時鐘脈沖cp作用下同時閃爍）根據(jù)G和A的邏輯表達(dá)式，可畫出開關(guān)控制電路。如圖3.3所示 圖3.3開關(guān)控制電路3.3三進制計數(shù)器電路的設(shè)計三進制計數(shù)器的狀態(tài)表如表3.2所

13、示。表3.2 三進制計數(shù)器的狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q1Q0Q1Q000010110100011方案一：由J-K觸發(fā)器構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單，成本低，所以選用此方案。方案二：由D觸發(fā)器構(gòu)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(jié)構(gòu)較之上一方案有點復(fù)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 74LS

14、76芯片引腳圖 圖3.5 三進制計數(shù)器 3.4譯碼與顯示驅(qū)動電路的設(shè)計譯碼與顯示驅(qū)動電路的功能是：在開關(guān)控制電路輸出和三進制計數(shù)器狀態(tài)的作用下，提供6個發(fā)光二極管控制信號，當(dāng)譯碼驅(qū)動電路輸出的控制信號為低電平時，相應(yīng)二極管點亮。因此，譯碼與顯示驅(qū)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(gòu)成。圖中，譯碼器74LS138的輸入端C、B、A分別接K1、Q1、Q0。當(dāng)G=A=1、K1=1、K0=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(yīng)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

15、右轉(zhuǎn)彎；當(dāng)圖中G=A=1、K1=0、K0=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(yīng)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(zhuǎn)彎；當(dāng)圖中G=0，A=1時，即K1=K0=1，譯碼器輸出為全1，使所有指示燈對應(yīng)的反相器輸出全部為高電平，又因為A=1,所以指示燈全部熄滅；當(dāng)圖中G=0，A=cp時，即K1=K0=0，使所有指示燈對應(yīng)的反相器輸出全部為高電平，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譯碼器引腳如圖3.6所示。由譯

16、碼器構(gòu)成的顯示電路如圖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(shè)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(dāng)6個反相器的輸出為低電平時，相應(yīng)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 汽車尾燈顯示控制電路電路原理圖 4.2汽車尾燈顯示控制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(shè)計內(nèi)容及要求的分析，可以將電路工作分成幾個步驟： 首先，通過555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為2Hz的脈沖信號，該脈沖信號用于

17、提供給雙J-K觸發(fā)器構(gòu)成的三進制計數(shù)器和開關(guān)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(gòu)成的三進制計數(shù)器用于產(chǎn)生00、01、10的循環(huán)信號，作為譯碼器的輸入信號，由于譯碼器是三個輸入端，最高位C接K1，當(dāng)K1閉合式，C=0，為低電平，前三個發(fā)光二極管可以被點亮；當(dāng)K1打開時，C=1，為高點電平，后三個發(fā)光二極管可以被點亮。譯碼器的使能輸入端S2=S3=0才能使譯碼器工作，同時當(dāng)S1（G）=0時，輸出端均為高電平，發(fā)光二極管不亮；當(dāng)S1（G）=1時，譯碼器能正常輸出，能產(chǎn)生低電平使發(fā)光二極管點亮。 最后，由開關(guān)控制部分的K1和K0來控制給出左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號。當(dāng)K1=K2=1，

18、開關(guān)都閉合時，G=0，譯碼器輸出端均為高電平，同時A=1，發(fā)光二極管都不亮；當(dāng)K1=1，K0=0時，即K1閉合，K0打開，C=0，G=1，A=1，前三個發(fā)光二極管依次點亮；同理當(dāng)K1=0，K0=1，后三個發(fā)光二極管依次點亮。當(dāng)K1=K0=0，G=0，A=ap，六個發(fā)光二極管按ap閃爍。4.3各部分仿真結(jié)果555時序電路圖4.2 555輸出波形由于cp信號需要的頻率控制在各位數(shù)為宜，設(shè)計的頻率為2hz。由于multisim本身的仿真頻率慢，所以在圖上顯示的不明顯，輸出波形如圖4.2所示。發(fā)光二極管顯示 K1=K0=1，發(fā)光二極管的點亮情況應(yīng)該為全部熄滅，如圖4.3所示圖4.3 發(fā)光二極管顯示（K

19、1=K0=1）K1=K0=0時，發(fā)光二極管應(yīng)該按cp循環(huán)點亮，結(jié)果如圖組4.4所示 圖組4.4 K1=1，K0=0時，汽車尾燈顯示為右轉(zhuǎn)，前三個發(fā)光二極管依次點亮，如圖組4.5所示。 圖組4.5K1=0，K0=1，汽車尾燈顯示為左轉(zhuǎn)，后三個發(fā)光二極管依次點亮，如圖組4.6所示圖組4.64.4仿真中遇到的問題由于multisim自身的頻率不好控制，頻率很慢，所以導(dǎo)致測試時發(fā)光二極管的變化頻率很慢，因此在測試時采用一個方波信號發(fā)生器，輸出1Khz的方波作為cp信號，如圖4.7所示。 圖4.7 方波信號發(fā)生器 5元器件清單名稱規(guī)格數(shù)量電阻12 K120063.3K230 K1電容12F110nf1開

20、關(guān)-2發(fā)光二極管紅6NE555-174LS00-274LS04-174LS10-174LS138-174LS76-274LS86-1導(dǎo)線-若干6設(shè)計體會數(shù)字邏輯是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，我們進行數(shù)字電子課程設(shè)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(shè)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(shè)計的基本方法，為以后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。這次課程設(shè)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，但成果是有目共睹的和我猜測的一樣，我的二極管閃爍成功的光輝！從一開始接受課程任務(wù)，后著手建立設(shè)計框圖，再到圖書館和網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，確定電路