數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、鄭州科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目 _學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2013年 月 日 19 / 20文檔可自由編輯打印目 錄1 課程設(shè)計(jì)的目的12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求23 設(shè)計(jì)方案與論證33.1 33.2 44設(shè)計(jì)原理及功能說(shuō)明 55單元電路的設(shè)計(jì)（計(jì)算與說(shuō)明）56硬件的制作與調(diào)試57總結(jié) 10參考文獻(xiàn)15附錄1：總體電路原理圖18附錄2：元器件清單19一、總體概述1.1 設(shè)計(jì)意義隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，汽車已經(jīng)廣泛的進(jìn)入了人們的生活。而作為汽車電路重要的組成部分-汽車尾燈控制系統(tǒng)，人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)還存在許多

2、的局限性，還有待我們繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行研究和探討。所以設(shè)計(jì)一套更好更合理的汽車尾燈系統(tǒng)，對(duì)汽車業(yè)的發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。1.2 設(shè)計(jì)目的通過(guò)本課程的設(shè)計(jì)，我們應(yīng)該做到：（1）更好的鞏固和加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)中小型數(shù)字系統(tǒng)的方法，獨(dú)立完成調(diào)試過(guò)程，增強(qiáng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué)生電路設(shè)計(jì)和分析能力。（2）通過(guò)實(shí)踐，在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為后繼專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。1.2 設(shè)計(jì)要求汽車尾燈的控制電路由三個(gè)按鍵組成，分別對(duì)應(yīng)左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)和剎車。汽車尾燈左右兩側(cè)各有三個(gè)指示燈（用發(fā)光二極管模擬），汽車正常遠(yuǎn)行時(shí)指示燈全滅；右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；左轉(zhuǎn)彎

3、時(shí)左側(cè)三個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；臨時(shí)剎車時(shí)所有指示燈同時(shí)閃爍。1.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)（1）增加了新功能有應(yīng)急顯示，減速轉(zhuǎn)彎顯示，倒車顯示。（2）將轉(zhuǎn)彎燈，剎車燈，倒車燈分開了，且根據(jù)不同的功能選用了不同顏色的LED燈。這樣不僅使電路更加簡(jiǎn)單，還更加符合實(shí)際情況。（3）還特別增加了尾燈的自檢功能，即尾燈不能正常工作會(huì)在儀表盤的對(duì)應(yīng)燈上顯示出來(lái)，及時(shí)提醒駕駛員去更換尾燈。二、電路原理框圖 555電路產(chǎn)生脈沖開關(guān)控制電路譯碼電路74LS138計(jì)數(shù)電路74LS74顯示電路各色LED燈組成尾燈控制電路各種門電路組成74LS373組成的驅(qū)動(dòng)電路門電路組成儀表燈控制電路和尾燈自檢電路儀表盤顯示電路原理簡(jiǎn)述：由5

4、55脈沖電路產(chǎn)生周期為600ms的脈沖信號(hào)，提供給74LS74組成的二位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，由開關(guān)電路來(lái)控制74LS138組成的譯碼電路，由譯碼電路、計(jì)數(shù)電路和開關(guān)控制電路一起組成尾燈控制電路，從而控制尾燈的亮滅。尾燈通過(guò)驅(qū)動(dòng)74LS373再經(jīng)過(guò)門電路，組成儀表電路，實(shí)現(xiàn)尾燈的自檢。三、單元電路及電路元器件參數(shù)計(jì)算3.1 時(shí)鐘信號(hào)源（CLK）單元設(shè)計(jì)由于汽車尾燈的點(diǎn)亮是給人不同的信息及該車將要發(fā)生的動(dòng)作，所以汽車尾燈在閃爍的時(shí)候不能超過(guò)一定的頻率，但是頻率也不能太小，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候是采用的555定時(shí)器產(chǎn)生的一個(gè)脈沖，占空比約為50%，頻率約為1.7HZ。所以尾燈在循環(huán)點(diǎn)亮的時(shí)候時(shí)間間隔約為

5、0.6S，這樣就能讓人很清楚的明白該汽車的動(dòng)作，從而避免交通事故的發(fā)生。圖3.1-1 555引腳圖圖3.1-2 555脈沖原理圖工作原理簡(jiǎn)述：555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2,6直接相連。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路也不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R1、R2向C充電，以及C通過(guò)R2向放電端（腳7）放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在1/3Vcc和2/3Vcc之間充電和放電。參數(shù)計(jì)算：周期T=Tph + Tpl=613ms高電平時(shí)間：Tph=0.7（R1+R2）C=312ms低電平時(shí)間： Tpl=0.7R2 C=301ms占 空 比： D= Tph = R1+R2 =

6、0.51 Tph+Tph R1+2R2 3.2 74 LS138譯碼器譯碼器的邏輯功能是將每個(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的輸出高、低電平信號(hào)或另外一個(gè)代碼，因此，譯碼是編碼的反操作。二進(jìn)制譯碼器的輸入是一組二進(jìn)制代碼，輸出時(shí)一組與輸入代碼一一對(duì)應(yīng)的高、低電平信號(hào)。輸入輸出S1S2+S3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y701111111111111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110圖3.2-1 74LS138

7、引腳圖表3.2-2 74LS138的功能表圖3.2-3 74LS138的部分電路圖工作原理簡(jiǎn)述：74LS138是一種3線8線譯碼器， 設(shè)有三個(gè)使能輸入端，當(dāng)S3與S2均為0，且S1為1時(shí)，譯碼器處于工作狀態(tài)，輸出低電平。當(dāng)譯碼器被禁止時(shí)，輸出高電平。三個(gè)輸入端A0A1A2共有8種狀態(tài)組合（000-111），可譯出8個(gè)輸出信號(hào)Y0-Y7。在本設(shè)計(jì)中三個(gè)輸入端分別接三個(gè)開關(guān)，開關(guān)狀態(tài)的變化通過(guò)譯碼器譯出，然后和門電路組成尾燈控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)尾燈的控制。3.3 74LS74構(gòu)成的二位二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器主要由邊沿觸發(fā)器組成。各種類型的觸發(fā)器雖然結(jié)構(gòu)不同，但都有一個(gè)共同的基本特性，即都有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)

8、，在外來(lái)觸發(fā)信號(hào)作用下，電路可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)；在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路保持原來(lái)穩(wěn)定狀態(tài)不變。計(jì)數(shù)器電路正是利用了觸發(fā)器的這一特性。因此，用觸發(fā)器可以構(gòu)成各種形式的計(jì)數(shù)器。本設(shè)計(jì)采用D觸發(fā)器構(gòu)成二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖3.3-1 74LS74引腳圖圖4.3-2 74LS74功能表圖3.3-3 74LS74的部分電路圖工作原理簡(jiǎn)述：一個(gè)D觸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)一位二進(jìn)制的存儲(chǔ)，因此采用2個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)二位寄存器。連接時(shí)將每只D觸發(fā)器接成T觸發(fā)器，再由低位觸發(fā)器的Q端和高一位的CP端相連接，即構(gòu)成設(shè)計(jì)所需的計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器工作時(shí)，兩個(gè)輸出端口循環(huán)輸出00 01 10 11，將其通過(guò)門電路就得到了

9、左右轉(zhuǎn)彎時(shí)尾燈循環(huán)點(diǎn)亮的信號(hào)。3.4 74 LS373驅(qū)動(dòng)器 373為三態(tài)輸出的8D透明鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí),O0O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE 為高電平時(shí)，O0O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端 LE為高電平時(shí)，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。圖3.4-1 74LS373引腳圖圖4.4-2 74LS373的部分電路圖工作原理簡(jiǎn)述：在做尾燈自檢電路時(shí)，電阻兩端的電壓比較小，通過(guò)門電路后輸出為低電平，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自檢，所以用373來(lái)做驅(qū)動(dòng)，增大電壓。四、總體電路圖與電路工作

10、原理說(shuō)明。圖5-1 總體電路圖功能簡(jiǎn)述：本設(shè)計(jì)主要以數(shù)字電路為主，通過(guò)簡(jiǎn)單的芯片（如74LS161、74LS373、555等）而巧妙的設(shè)計(jì)成一個(gè)智能化的汽車尾燈控制電路。該電路能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中汽車尾燈控制的正常行駛、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)剎車、右轉(zhuǎn)剎車、剎車、倒車、夜行等八種功能。本電路具有控制簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)彎流水燈指向功能顯示的優(yōu)點(diǎn)，開創(chuàng)性的設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的駕駛狀態(tài)顯示儀顯示功能。總電路原理：汽車尾部左右兩側(cè)各有5個(gè)指示燈（3個(gè)黃色的，1個(gè)白色的，1個(gè)紅色的led燈）中間還有一個(gè)高位剎車燈(紅色的led燈)，用作汽車行駛狀態(tài)的方向指示，另外還有4個(gè)儀表盤指示燈，該燈不僅能給駕駛員提供尾燈顯示信息，還

11、能顯示出各尾燈是否正常工作。該系統(tǒng)由四個(gè)電鍵S0 S1 S2 S3控制，分別對(duì)應(yīng)著左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車、倒車。當(dāng)S3 S2 S1 S0=0000時(shí)，通過(guò)74LS138譯碼后為“11111110”不做任何處理，尾燈和儀表燈全滅，汽車處于正常行駛。當(dāng)S3 S2 S1 S0=0001時(shí)，汽車左轉(zhuǎn)，左面三個(gè)黃色的尾燈按照L1L1L2L1L2L3全滅L1順序循環(huán)點(diǎn)亮。具體實(shí)現(xiàn)是通過(guò)74LS138對(duì)“001”譯碼為“11111101”然后通過(guò)一個(gè)與非門和一個(gè)或門，使74LS74的復(fù)位端為高電平，開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)循環(huán)輸出00 01 10 11 00將其加到一個(gè)與門和一個(gè)或門就可以得到控制轉(zhuǎn)彎燈的信號(hào)000 001

12、 011 111 000。開關(guān)控制S3 S2 S1 S0汽車運(yùn)行狀態(tài)左側(cè)尾燈右側(cè)尾燈高位剎車燈儀表盤燈0 0 0 0正常運(yùn)行全不亮全不亮不亮不亮0 0 0 1左轉(zhuǎn)彎3黃燈循環(huán)點(diǎn)亮全不亮不亮左側(cè)黃燈閃亮 0 0 1 0右轉(zhuǎn)彎全不亮3黃燈循環(huán)點(diǎn)亮不亮右側(cè)黃燈閃亮 0 0 1 1應(yīng)急狀態(tài)紅燈閃亮紅燈閃亮不亮紅燈閃亮0 1 0 0剎車紅燈亮紅燈亮亮紅燈亮 0 1 0 1減速左轉(zhuǎn)3黃燈循環(huán)點(diǎn)亮，紅燈亮紅燈亮亮對(duì)應(yīng)燈亮0 1 1 0減速右轉(zhuǎn)紅燈亮3黃燈循環(huán)點(diǎn)亮，紅燈亮亮對(duì)應(yīng)燈亮0 1 1 1應(yīng)急狀態(tài)時(shí)剎車紅燈閃亮紅燈閃亮亮對(duì)應(yīng)燈亮1 0 0 0倒車白燈亮白燈亮不亮白燈亮1 倒車對(duì)應(yīng)燈亮對(duì)應(yīng)燈亮對(duì)應(yīng)燈亮對(duì)應(yīng)

13、燈亮當(dāng)S3 S2 S1 S0=0010時(shí)，汽車右轉(zhuǎn)，右面三個(gè)黃色的尾燈按照L1L1L2L1L2L3全滅L1順序循環(huán)點(diǎn)亮。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程同左轉(zhuǎn)。當(dāng)S3 S2 S1 S0=0011時(shí)，汽車處于應(yīng)急狀態(tài)，兩個(gè)紅色的尾燈同時(shí)閃亮。具體實(shí)現(xiàn)是74LS138對(duì)“011”譯碼為“11110111”，該低電平信號(hào)通過(guò)一個(gè)與非門，然后和555脈沖信號(hào)通過(guò)與門共同控制尾燈的閃爍。當(dāng)S3 S2 S1 S0=0100時(shí)，汽車剎車，三個(gè)紅色的尾燈全亮。具體實(shí)現(xiàn)是74LS138對(duì)“011”譯碼為“11101111”，該低電平信號(hào)通過(guò)二個(gè)與非門，分別控制高位剎車燈和左右兩側(cè)的剎車燈。當(dāng)S3 S2 S1 S0=0101或011

14、0時(shí)，汽車減速左或右轉(zhuǎn)，左或右側(cè)的三個(gè)黃色尾燈循環(huán)點(diǎn)亮，三個(gè)紅色的剎車燈一直亮。具體實(shí)現(xiàn)同單獨(dú)左或右轉(zhuǎn)和剎車。當(dāng) S3 S2 S1 S0=1000時(shí)，汽車倒車，兩側(cè)的白色尾燈一直亮。具體實(shí)現(xiàn)是開關(guān)接通5V電壓，直接使燈亮。由于該開關(guān)沒(méi)有接譯碼器，所以其控制的倒車燈和前面三個(gè)開關(guān)的控制互不影響。所有開關(guān)被接通時(shí)，儀表板的燈都會(huì)相應(yīng)的被點(diǎn)亮，且當(dāng)尾燈壞掉時(shí)，對(duì)應(yīng)的儀表燈會(huì)熄滅，以此提示駕駛員及時(shí)更換尾燈，避免造成交通意外。具體實(shí)現(xiàn)是在燈和保護(hù)電阻之間引出電平，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器74LS373，其輸出通過(guò)與門再接儀表盤顯示燈。5、電路的仿真運(yùn)行及組裝、調(diào)試7.1 電路的仿真運(yùn)行本設(shè)計(jì)采用了Proteus軟件

15、進(jìn)行仿真，原因：proteus軟件蘊(yùn)含了豐富的模擬器件和儀器，能夠完成模擬電子、數(shù)字電子、單片機(jī)及嵌入式等實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，支持電工、電子的模擬仿真，功能強(qiáng)大，仿真效果與現(xiàn)實(shí)非常接近。（1）仿真總電路：圖7.1-1仿真總電路（2）脈沖電路及其波形：圖7.1-2脈沖電路及其產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)向左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)應(yīng)急 剎車倒車加剎車倒車左轉(zhuǎn)尾燈顯示（9）尾燈設(shè)計(jì)自檢電路當(dāng)左/右轉(zhuǎn)彎燈有斷路不亮?xí)r，儀表盤左/右燈不再有閃爍；當(dāng)?shù)管嚐粲袛嗦凡涣習(xí)r，儀表盤中間等會(huì)始終不亮；當(dāng)?shù)管嚐粲袛嗦凡涣習(xí)r，儀表盤底燈不再閃爍；當(dāng)夜行燈有斷路不亮?xí)r，儀表盤前燈不再閃爍?？偟膩?lái)說(shuō)，儀表盤對(duì)應(yīng)的功能顯示燈亮能夠檢查到尾燈是否有異常。7.2 組裝

16、與調(diào)試（一）電路的組裝a.根據(jù)電路圖與實(shí)驗(yàn)箱的布局，按模塊在試驗(yàn)箱上布置好芯片。b.單獨(dú)檢查每一塊芯片，導(dǎo)線及其他元件經(jīng)檢查后放到待用元件區(qū)。c.為了方便檢查，選取適當(dāng)長(zhǎng)和不同顏色的導(dǎo)線，將元件逐個(gè)接進(jìn)模塊中，并在重要的導(dǎo)線上注明。d.因?yàn)樽筠D(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的連線是幾乎一樣的，先連好一邊，在引到令一邊。e.兩個(gè)實(shí)驗(yàn)箱的地線必須連接在一起，形成共地。（二）電路的調(diào)試調(diào)試是指系統(tǒng)的調(diào)整、改進(jìn)與測(cè)試。測(cè)試時(shí)在電路組裝后對(duì)電路的參數(shù)與工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，調(diào)整則是在測(cè)試的基礎(chǔ)上對(duì)電路的某參數(shù)進(jìn)行修正，使?jié)M足設(shè)計(jì)要求。（1）調(diào)試方法：采用邊安裝邊調(diào)試的方法。把復(fù)雜的電路按原理框圖上的功能分成單元進(jìn)行和安裝和調(diào)試，在單元調(diào)試的基礎(chǔ)上逐步擴(kuò)大安裝和調(diào)試的范圍，最后完成整機(jī)調(diào)試。（2）調(diào)試步驟、技巧：a、通電前檢查，首先根據(jù)原理電路圖認(rèn)真檢查電路接線是否正確，包括錯(cuò)線、少線、多線和短路。而且要盡可能直接測(cè)量元器件引腳，因?yàn)橐_處接觸不良較多。b、通電觀察，在電路安裝沒(méi)有錯(cuò)誤的情況下接通電源，閉上開關(guān)，先觀察電路是否有異常，然后按要求測(cè)量各元器件的引腳的測(cè)量參數(shù)。以保證元件正常工作。c、單元電路調(diào)試，用前級(jí)的輸出信號(hào)或自身的信號(hào)測(cè)試單元的各種指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)要求。d、整機(jī)聯(lián)調(diào)，將各個(gè)單元電路調(diào)好后連在一起，觀察和測(cè)量