電子設(shè)計說明書學(xué)號姓名

1、長 沙 學(xué) 院電子作品設(shè)計說明書題目系(部)數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)系專業(yè)(班級)2014級計科2班姓名學(xué)號指導(dǎo)教師李南櫻 郭承恩起止日期2015.9.282015.12.11目錄1 設(shè)計內(nèi)容與要求11.1 設(shè)計內(nèi)容11.2 設(shè)計要求12總體設(shè)計方案22.1 設(shè)計思路及方案22.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖33系統(tǒng)電路設(shè)計實現(xiàn)與仿真43.1單元電路設(shè)計43.2電路總設(shè)計圖63.3 電路仿真64硬件電路組裝與調(diào)試74.1硬件電路組裝74.2硬件電路調(diào)試74.3遇到的主要問題及解決措施85 結(jié)論9參考文獻10附 錄11附錄1電路原理圖11附錄2電路仿真圖13附錄3硬件實物圖15附錄4器件清單16正文分章節(jié)撰寫, 每章應(yīng)

2、另起一頁。正文采用小四號宋體，標題采用四號宋體加粗。正文行距20磅。  171 設(shè)計內(nèi)容與要求1.1 設(shè)計內(nèi)容運用數(shù)字電子技術(shù)知識，設(shè)計一個汽車LED尾燈的控制器電路。該電路是用于反映汽車在運行時的狀態(tài)，該電路由四個電鍵控制，分別對應(yīng)著左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車和檢查功能。假設(shè)汽車尾燈左右兩側(cè)各有三個指示燈（用發(fā)光二極管模擬），功能要求如下：1）當汽車正常行駛時，所有尾燈都熄滅。2）當汽車左轉(zhuǎn)行駛時，左側(cè)尾燈L1、L2、L3順序點亮，三個指示燈按左循環(huán)順序點亮。3）當汽車右轉(zhuǎn)行駛時，右側(cè)尾燈D1、D2、D3順序點亮， 3個指示燈按右循環(huán)順序點亮。4）當汽車臨時剎車時，尾燈全部點亮。5

3、）當接通檢查電鍵時，汽車所有的尾燈同時閃爍（0.51S/次）。1.2 設(shè)計要求要求完成：介紹單元電路結(jié)構(gòu)和工作原理，繪制電路圖；正確計算電路參數(shù)；正確選擇電路元器件，給出設(shè)備、原件明細表；撰寫設(shè)計說明書，要求準確闡述電路選擇依據(jù)，反映計算方法，元器件的選擇過程，并使用軟件進行仿真或制作實物。2總體設(shè)計方案2.1 設(shè)計思路及方案為了區(qū)分汽車尾燈的4種不同的顯示模式，我們設(shè)置4個狀態(tài)控制變量。假定用開關(guān)K1、K2、K3、K4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，如下表2.1所示。表2.1 汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)開關(guān)控制汽車狀態(tài)左尾燈D1、D2、D3右尾燈D4、D5、D6K1

4、K2K3K40111左轉(zhuǎn)彎按D3、D2、D1順序循環(huán)點亮熄滅1011右轉(zhuǎn)彎熄滅按D4、D5、D6順序循環(huán)點亮1101剎車同時點亮同時點亮1110檢查同時閃爍同時閃爍在汽車左右轉(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(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 汽車尾燈控制器功能表開關(guān)計數(shù)器狀態(tài)汽車尾燈狀態(tài)K1K2K

5、3K4Q1Q0D1D2D3D4D5D60 1 1 10000100001010000101000001 0 1 10000010001000010100000011101-1111111110-CPCPCPCPCPCP2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)以上設(shè)計分析與功能描述，可以得出汽車尾燈控制器的結(jié)構(gòu)框圖，如圖2.1所示。圖2.1 汽車尾燈控制器的結(jié)構(gòu)框圖3系統(tǒng)電路設(shè)計實現(xiàn)與仿真3.1單元電路設(shè)計（1）秒脈沖電路的設(shè)計由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。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

6、蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾。根據(jù)多諧振蕩器周期表達式，可取、,可使TS。（2）三進制計數(shù)器電路的設(shè)計三進制計數(shù)器的狀態(tài)表如下表所示。 表3.1三進制計數(shù)器的狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q1Q0Q1Q0000101101000 上表狀態(tài)所對應(yīng)的驅(qū)動方程為： 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。（3）開關(guān)控制電路的設(shè)計設(shè)譯碼器與顯示驅(qū)動電路的使能控制信號為G1和F，G1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，G1和F與開關(guān)控制變量，K1、K

7、2以及時鐘脈沖CP之間的關(guān)系如表所示。表3.2 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)控制時鐘脈沖使能信號控制端電路工作狀態(tài)K1K2K3K4CPCG1F0111-011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D1、D2、D3在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮）1011-111汽車右轉(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，右側(cè)尾燈D4、D5、D6在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮） 1101-00汽車剎車（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高，反相器輸

8、出均為低，尾燈全部點亮）1110CP-0CP汽車檢查（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）（4）譯碼及顯示驅(qū)動電路設(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個尾燈控制信號，當譯碼驅(qū)動電路輸出的控制信號為低電平時，相應(yīng)指示燈點亮。因此，譯碼與顯示驅(qū)動電路可用74LS138、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C、Q1、Q0。當圖中G1=F=1、C=0時，對于計數(shù)器狀態(tài)Q1Q0為00、01、10，譯碼器輸出依

9、次為0，使得與指示燈D3、D2、D1對應(yīng)的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈D3、D2、D1依次順序點亮，示意汽車左轉(zhuǎn)彎；當圖中G1=F=1、C=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，示意汽車右轉(zhuǎn)彎；當圖中G1=0，F(xiàn)=1時，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，指示燈全部熄滅；當圖中G1=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。3.2電路總設(shè)計圖3.3 電路仿真。4硬件電路組裝與調(diào)試4.1硬件電路組裝

10、 組裝電路通常采用焊接和在面包板上插接兩種方法，無論采用哪種方法均應(yīng)注意以下幾方面。a、 所有元器件在組裝前應(yīng)盡可能全部測試一遍，以保證所用元器件均合格。b、 所有集成電路的組裝方向要保持一致，以便于正確布線和查線。c、 組裝分立元件時應(yīng)使其標志朝上或朝向易于觀察的方向，以便于查找和更換。對于有極性的元件，例如電解電容器、晶體二極管等，組裝時一定要特別注意，切匆搞錯。d、 為了便于查線，可根據(jù)連接線的不同作用選擇不同顏色的導(dǎo)線。一般習(xí)慣是正電源用紅色線、負電源用藍色線、地線用黑色線、信號線用黃色線等。e、 連線盡量做到橫平豎直。連線不允許跨接在集成電路上，必須從其周圍通過。同時應(yīng)盡可能做到連線

11、不互相重疊、不從元器件上方通過。f、 為使電路能夠正常工作與調(diào)測，所有地線必須連接在一起，形成一個公共參考點。 正確的組裝方法和合理的布局，不僅可使電路整齊美觀、工作可靠，而且便于檢查、調(diào)試和排除故障。如果能在組裝前先擬訂出組裝草圖，則可獲得事半功倍之效果，使組裝既快又好。4.2硬件電路調(diào)試 調(diào)試是指系統(tǒng)的調(diào)整、改進與測試。測試是在電路組裝后對電路的參數(shù)與工作狀態(tài)進行測量，調(diào)整則是在測試的基礎(chǔ)上對電路的某些參數(shù)進行修正，使?jié)M足設(shè)計要求。在進行調(diào)試前應(yīng)擬訂出測試項目、測試步驟、調(diào)試方法和所用儀器等，做到心中有數(shù)，保證調(diào)試工作圓滿完成。（1）調(diào)試方法 調(diào)試方法原則有兩種。第一種是邊安裝邊調(diào)試的方法

12、。它是把復(fù)雜的電路按原理框圖上的功能分成單元進行安裝和調(diào)試，在單元調(diào)試的基礎(chǔ)上逐步擴大安裝和調(diào)試的范圍，最后完成整機調(diào)試。這種方法一般適用于新設(shè)計的電路。第二種方法是在整個電路全部焊接完畢后，實行一次性調(diào)試。這種方法一般適用定型產(chǎn)品和需要相互配合才能運行的產(chǎn)品。（2）調(diào)試步驟a、 通電前檢查 電路安裝完畢后, 不要急于通電，首先要根據(jù)原理電路認真檢查電路接線是否正確，包括錯線（連線一端正確、另一端錯誤），少線（安裝時漏掉的線），多線（連線的兩端在電路圖上都是不存在的）和短路（特別是間距很小的引腳及焊點間），并且還要檢查每個元件引腳的使用端數(shù)是否與圖紙相符。查線時最好用指針式萬用表“×

13、1”檔, 或用數(shù)字萬用表“”檔的蜂鳴器來測量，而且要盡可能直接測量元器件引腳，這樣同時可以發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。b、 通電觀察 在電路安裝沒有錯誤的情況下接通電源（先關(guān)斷電源開關(guān)，待接通電源連線之后再打開電路的電源開關(guān)）。但接通電源后不要急于測量，首先要充分調(diào)動眼、耳、鼻、手觀察整個電路有無異常現(xiàn)象，包括有無冒煙，是否有異常氣味，是否有異聲，手摸器件是否發(fā)燙，電源是否有短路和開路現(xiàn)象等。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)該立即關(guān)掉電源，故障排除后方可重新通電。然后再按要求測量各元器件引腳電源的電壓，而不只是測量各路總電源電壓，以保證元器件正常工作。c、 單元電路調(diào)試 在調(diào)試單元電路時應(yīng)明確本部分的調(diào)試要求。調(diào)試順

14、序按信號流向進行，這樣可以把前面調(diào)試好的輸出信號作為后一級的輸入信號。單元調(diào)試包括靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試一般是指在沒有外加信號的條件下測試電路各點的電位，特別是有源器件的靜態(tài)工作點。通過它可以及時發(fā)現(xiàn)已經(jīng)損壞和處于臨界狀態(tài)的元器件。動態(tài)調(diào)試是用前級的輸出信號或自身的信號測試單元的各種指標是否符合設(shè)計要求，包括信號幅值、波形形狀、相位關(guān)系、放大倍數(shù)和頻率等。對于信號產(chǎn)生電路一般只看動態(tài)指標。把靜態(tài)和動態(tài)測試的結(jié)果與設(shè)計的指標加以比較，經(jīng)深入分析后對電路與參數(shù)提出合理的修正。在調(diào)試過程中應(yīng)有詳盡記錄。d、 整機聯(lián)調(diào) 各單元電路調(diào)試好以后，并不見得由它們組成的整機性能一定會好，因此還要進行整機調(diào)試

15、。整機調(diào)試主要是觀察和測量動態(tài)性能，把測量的結(jié)果與設(shè)計指標逐一對比，找出問題及解決辦法，然后對電路及其參數(shù)進行修正，直到全機的性能完全符合設(shè)計要求為止。4.3遇到的主要問題及解決措施故障診斷方法 整機出現(xiàn)故障后，首先應(yīng)仔細觀察有無元器件出現(xiàn)過熱痕跡或損傷情況，有無脫焊、短路、斷腳和斷線情況。然后采用靜態(tài)查找和動態(tài)查找法。靜態(tài)查找法就是用萬用表測量元器件引腳電壓、測量電阻值、電容漏電以及電路是否有斷路或短路情況等。大多數(shù)故障通過靜態(tài)查找均可診斷出結(jié)果。當靜態(tài)查找仍不能發(fā)現(xiàn)故障原因時，可采用動態(tài)查找法。 動態(tài)查找法是通過相應(yīng)的儀器、儀表在電路加上適當信號的情況下測量電路的性能指標、元器件的工作狀態(tài)

16、。由獲得的讀數(shù)和觀察到的波形準確、迅速地查找到故障發(fā)生的部位及產(chǎn)生的原因。為加快查找故障點的速度，提高故障診斷效率，除了前面提到的靜態(tài)查找和動態(tài)查找法，其它常用的方法有：（1）直觀判斷法 用它可找出斷線、虛焊、元器件燒焦、器件溫升過高和高壓打火等故障；（2）斷路法 即把可疑部分從電路中斷開，使之不影響其它部分的工作，若此時故障消失，往往故障發(fā)生在被斷開的電路中；（3）短路法適用與多級電路，用短路方法消除故障電路對下一級的影響（當短路兩點直流電位不同時應(yīng)通過電容隔直）；（4）替代法將已調(diào)好的單元組件，替代疑為故障的單元組件，可判定可疑單元是否確有故障。此法在集成片組成的電路中常用，用好的集成片替

17、代疑有故障的集成片，若此時故障現(xiàn)象消除，則說明該集成片確有故障。5 結(jié)論寫出收獲體會建議參考文獻1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2006.附 錄附錄1電路原理圖1.1 秒脈沖電路1.2 三進制計數(shù)器電路1.3 開關(guān)控制電路1.4 譯碼及顯示驅(qū)動電路附錄2電路仿真圖2.1仿真電路總圖2.2仿真波形汽車左轉(zhuǎn)彎波形仿真結(jié)果如圖2.1所示：圖2.1汽車左轉(zhuǎn)彎波形仿真結(jié)果仿真波形分析：如圖2.1所示，當汽車尾燈開關(guān)控制信號為S2=“0”、S1=“0”、S0="1"時,汽車左側(cè)尾燈L1亮。汽車右轉(zhuǎn)彎仿真波形如圖2.2所示：圖2.2 汽車右轉(zhuǎn)彎時的波形仿真右轉(zhuǎn)彎仿真波形分析：如圖2.2所示，當汽車尾燈開關(guān)控制信號為S2=“0”、S1=“1”、S0="0"時,汽車右側(cè)尾燈R1亮