數(shù)電課設_汽車尾燈控制器的電路設計說明

1、課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級：指導教師：工作單位：題 目：汽車尾燈控制器的電路設計仿真與制作初始條件：利用中、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。電路組成框圖如圖1所示。（也可以使用單片機系統(tǒng)設計 ）祥關桎豈班詰圖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周內完成對汽車尾燈控制器的設計 、仿真、裝配與調試。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

2、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）第1-2天，查閱相關資料，學習設計原理。2） 第3-4天，方案選擇和電路設計仿真。3） 第4-5天，電路調試和設計說明書撰寫。4） 第6天，上交課程設計成果及報告，同時進行答辯年 月 日簽名：年 月指導教師簽名：系主任（或責任教師

3、）日摘要1.系統(tǒng)總體設計1.1設計方案構思1.2電路原理框圖2各模塊方案及電路參數(shù)2.1 脈沖產(chǎn)生電電路方案電路原理圖電路參數(shù)2.2三進制電路電路設計電路原理圖2.3開關控制電路電路工作原理電路原理圖2.4譯碼驅動電路電路工作原理電路原理圖4. Multisim 仿真4.1脈沖產(chǎn)生電路仿真4.2電路整體仿真圖3.4.5.5.1.01.Q101.111135實物測試156.總結1.7.7元件清單188.附錄2.0.參考文獻24摘要數(shù)字電子技術基礎課程是一門實用的專業(yè)基礎課，而該課程的課程設計就是為 了讓我們鞏固在理論課和實驗課程中學習到的知識 。本次課程設計要求是做一個汽車尾 燈控制電路，使用開

4、關控制汽車尾燈在右轉彎時右尾燈右循環(huán)亮，左轉彎時左尾燈左循 環(huán)量，剎車時全部一起閃爍，正常行駛時燈全滅，并通過LED模擬尾燈顯示結果。本次課設要求我們綜合理論課程中的知識，先運用Multisim來設計一個汽車尾燈 控制電路，并通過開關和LED燈來模擬顯示結果。為完成本次課設任務要求，將整個尾 燈控制系統(tǒng)分為四部分：開關模擬左右轉及剎車、555多諧震蕩產(chǎn)生脈沖信號、譯碼驅 動電路、三進制計數(shù)電路。本次課程設計經(jīng)過方案論證-電路設計-電路實現(xiàn)-安裝調試-系統(tǒng)測試-總結報告等 過程，達到了提高動手能力和電子技術實踐技能的目的 。關鍵詞:開關控制，三進制，譯碼驅動，555多諧震蕩，LED模擬尾燈顯示1

5、. 系統(tǒng)總體設計1.1設計方案構思設計方案：將設計電路分為四個模塊：脈沖產(chǎn)生電路、開關控制電路、三進制技術 電路、譯碼及LED模擬汽車尾燈顯示模塊共四部分可達到基本要求。（1） 脈沖產(chǎn)生電路：主要由555芯片構成多諧振蕩器，分別設置好電阻Ri、R2和 電容C1的值，可得到所需的脈沖頻率和占空比。（2）開關控制電路：通過三個開關模擬剎車、左轉、右轉，并以7400與非門、7404非門、7486或非門輔助控制，當左轉開關閉合，左邊的尾燈按左循環(huán)依次點亮； 當右轉開關閉合，右邊的尾燈按右循環(huán)依次點亮；當剎車開關閉合，所有尾燈同時隨脈 沖相應地閃爍；所有開關都打開時，車正常行駛，全部燈滅。（3） 三進制

6、電路：按課設所給初始條件，確定用兩個JK觸發(fā)器構成三進制加法計 數(shù)電路，實現(xiàn)從00-01-10-00循環(huán)計數(shù)。（4）譯碼驅動電路：為實現(xiàn)課設所要求功能，在對三進制電路譯碼時，右轉開關閉合，實現(xiàn)000-001-010-000譯碼；左轉開關閉合時，實現(xiàn)100-101-110-100 譯碼；剎車 開關閉合時電路不譯碼1.2電路原理框圖秒脈沖產(chǎn)生電路三進制計數(shù)器圖1電路系統(tǒng)流程圖2. 各模塊方案及電路參數(shù)2.1脈沖產(chǎn)生電電路方案由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。由于555定時器內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

7、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。555定時器的管腳圖見附錄1。電路原理圖如圖2所示，為整流濾波電路的電路原理圖VCC:R1?5K(&:R2 n5Q0kn>C1 :RATED6“'THR 'TUICoil :U2555 :TIME ?圖2 555多諧震蕩器電路圖電路參數(shù)以我們在設計的時候是用 555定時器設計的一個脈沖產(chǎn)生源，占空比約為50%， 它產(chǎn)生的頻率f約為1HZo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1S,這樣就能讓人很清楚的明白該汽車的動作以采取相應的動作從而避免交通事

8、 故的發(fā)生。要使占空比約為50%,則R2»R1 ,令C1=1uF ,當1. 43(R12R2)C1則R2=500J ,再令R仁25K門,此時tPH=(R1+R2)C1 ln2 ： 0.364stPL=R2 C1 ln2 0.347s1頻率：f1. 41HZt PL 十 t ph占空比：q（% =R1 R2R12R22550025 500_2:51. 2%（式 1）（式2）（式3）（式 4）（式5）t圖3 555多諧振蕩器工作波形圖2.2三進制電路電路設計由J-K觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器三進制加法計數(shù)器需要兩個二進制數(shù)組成，故電路中只需采用兩個J-K觸發(fā)器，即 一片雙J-K觸發(fā)器747

9、6芯片即可（74LS76芯片引腳圖見附錄2），因此電路結構簡 單，成本低，所以選用此方案。詳細設計如下：1）JK觸發(fā)器狀態(tài)轉換圖：圖4狀態(tài)轉換圖2）兩個JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉換表如下：QinQonQ1n+1c n+1 Qo0001. 01"11 0100011XX表1狀態(tài)轉換表3）狀態(tài)方程：Q1 =可.00Qn 1 二 Q0 Q（式6）（式 7）3）由于J-K觸發(fā)器的特性方程為Qn 1 = jQ0KQn結合狀態(tài)方程和驅動方程可得兩個 J-K觸發(fā)器的驅動方程如下：Qo:Jo= QnL Ko=1（式9）電路原理圖Qi :' Ji= Q0' Ki=1（式 10）如圖5為三進制加

10、法計數(shù)器電路圖。圖中上面的J-K觸發(fā)器為低位Q0，下面的為高 位Q1，將兩個觸發(fā)器的CLK接同一個時鐘信號。因為不需要用到置數(shù)與清零，兩觸發(fā) 器的CLR和PR端都接電源，使其置1而無效。Q0中的J接Q1的Qn輸出端，Q1中的J 接Q0的Q0輸出端，兩觸發(fā)器的K均接電源置1，這樣就構成了同步三進制加法計數(shù)器 。圖5三進制電路原理圖2.3開關控制電路231電路工作原理電路開關一端接地，一端接電源，當開關打開時，接出一端為高電平；當開關閉 合，接出一端為低電平。剎車開關輸出接7404非門，在與脈沖接7400與非門，可以實 現(xiàn)在剎車開關閉合時，此路輸出電平隨脈沖變化而變化，為實現(xiàn)剎車時燈閃爍這一功能

11、做準備。左轉右轉開關接7486異或門在與剎車開關接7400與非門，輸出端接譯碼器低 電平有效的使能端，當左右轉開關同一狀態(tài)或剎車開關閉合式，輸出高電平，譯碼器不 工作。左轉開關輸出端接譯碼器高位輸入端C，當左轉開關打開，右轉開關閉合時，C端為1,譯碼器實現(xiàn)100-101-110-100循環(huán)譯碼；當右轉開關打開，做轉開關閉合時,C 端為0,譯碼器實現(xiàn)000-001-010-000 循環(huán)譯碼。當三個開關都打開時，汽車正常行駛，尾燈不工作。（74LS00、74LS04、74LS86功能及引腳圖見附錄3）電路原理圖如圖6為開關控制電路原理圖。 ' I r S_ _1 _Ln F 1 ！ B i

12、.r mumm！-* - - » - - V IULJ - - - Q-3 o- R 5-.1<S接驅動電路圖6 開關控制電路原理圖2.4譯碼驅動電路231電路工作原理譯碼電路按要求使用 74138譯碼芯片，其為3線-8線譯碼器。LED燈正向接 7400與非門的輸出端，反向接保護電阻后接地。當使能端G2A輸入為低電平時，譯碼器 正常工作，若C 口輸入高電平1且LED燈前與非門的公共輸入端為1時，譯碼器丫4、 丫5、丫6依次輸出低電平0，經(jīng)過與非門后變?yōu)楦唠娖剑琇ED燈4、5、6循環(huán)點亮，若C 口輸入低電平0，則譯碼器丫0、丫1、Y2依次輸出低電平0， LED燈1、2、3循環(huán)點亮

13、。 當使能端G2A輸入為高電平1時，譯碼器不工作，全部輸出口為高電平，則LED燈隨與 非門另一輸入信號變化而變化。（74LS138芯片資料詳見附錄4）電路原理圖如圖7為譯碼驅動電路的連線圖，每個LED燈后接保護電阻，當LED燈前的與非門輸出高電平時，LED燈會被電路，即通過譯碼驅動電路輸出的電平高低來控制LED燈的亮與滅，從而實現(xiàn)課設要求U10Aa a . b . b e 4 j t e a JWv:：2don : H5 * -AvvLED3 廠；700(17：MOONtf (MR1LED5VDD:： ;vw:2000 :R2 -Wv R3 -AAA- J non :* -亡-.T也 r hQ

14、：li .rt.'(. V7-74LS1?AN740CNQi圖7譯碼驅動電路原理圖4.Multisim 仿真4.1脈沖產(chǎn)生電路仿真如圖8所示,仿真中示波器A通道接555多諧震蕩器的輸出端,通道B接電容C1兩端，可觀察555多諧震蕩器的工作波形 'tpF 半：圖8脈沖電路仿真接線圖其仿真波形圖如圖1所示,從圖中可知其波形如設計原理中一致，電容C1電壓兩端在1/3VCC 至2/3VCC之間，當電容充電時輸出高電平，放電時輸出低電平，且可觀察到占空比約為 50%。圖9脈沖電路仿真結果圖4.2電路整體仿真圖女口圖為剎車開關閉合時所有LED燈一起閃爍的現(xiàn)象圖。由于實際中不可能同時左轉 彎

15、和右轉彎，所以電路中左轉開關和右轉開關用與非門連接起來，避免其出現(xiàn)同時閉合 且剎車開關打開時仍然有燈亮的狀況。74BSNVDIJ<hUBA'VDD&11_ui. I,11. M -i. r .-Our-爭林U11A-7404N 114.5&6 T.IMtH ftATEDLED11LED3 町"7400N-VW2000R5Z00C2RG-VA-ZQg .R11ED4U1DA 'g4r:led&£2A 和 R2J 躋 .jgjjMW. 和陽.Tnomz叫圖10尾燈控制電路整體仿真連線圖如表2所示為改變開關S1、S2、S3的狀態(tài)后所觀

16、察到的現(xiàn)象表2 仿真現(xiàn)象記錄表開關狀態(tài)現(xiàn)象左轉剎車右轉（S1）（S2）（S3）開開開不亮閉開開D1、D2、D3依次循壞亮開開閉D6、D5、D4依次循壞亮閉開閉不亮x閉xD1D6同時閃爍5. 實物測試分別閉合左轉、右轉、剎車開關測試實物現(xiàn)象如圖10所示。（a）圖為閉合右轉開關后的現(xiàn)象圖中一種，連續(xù)現(xiàn)象為此3個右循環(huán)依次點亮；（b）圖為閉合左轉開關后 的現(xiàn)象圖中一種，連續(xù)現(xiàn)象為此3個左循環(huán)依次點亮；（c）圖為閉合剎車開關后的現(xiàn) 象圖中一種，連續(xù)現(xiàn)象為6個燈隨脈沖同時亮同時滅。(a)(b)(c )圖11實物測試結果圖6. 總結課程設計中的遇到的問題：(1) 555振蕩器所設計的脈沖電路仿真時,若嚴格

17、按照頻率1HZ要求選定電阻,仿 真中因為電阻太大而不能產(chǎn)生方波，在焊接實物時R2選用251電阻時，頻率為28HZ 左右，不能觀察到脈沖，改用500心時，能觀察到脈沖，且頻率為1.4HZ，符合要 求。這讓我知道，要大膽的去嘗試，才有成功的可能。(2) 電路芯片較多，線路較為復雜，在焊接實物時，沒有花更多的時間去設計電 路走線，導致實物外觀不整潔，今后應加強。心得體會：數(shù)字電子技術基礎是電信專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎課，課程設計是我們理論聯(lián)系實際的最好途徑，在課程設計中，我們要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

18、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。這次課程設計題目是比較簡單的，雖然用的元器件不少，所需知識點也不少，但是 原理都比較簡單，設計電路是并不復雜。由于仿真軟件的差別導致555振蕩器設計的脈 沖源不能正常工作，導致了我在做實物時遇到了問題。而數(shù)字電子技術所涉及的電路中芯片多、連線復雜，在焊接實物時也必須認真小心，而我的實物雖然成功，但走線復 雜，焊接并不好看，以后有待加強從一開始接受課程任務，后著手建立設計框圖，查閱相關資料，確定電路圖到，最 后焊接實物，每一步都必須真誠付出。剛開始我是做的并不成功，但經(jīng)過種種努力，最 終實現(xiàn)了課程設計作業(yè)的全部功能。通過本次課

19、程設計，我深入掌握了 555芯片以及譯 碼器，觸發(fā)器的原理以及應用，在每一次的實踐中提高了我的耐心。另外，我們學習到的理論知識在這次實踐課程中也用上去了，理論和實踐結合，自然而然地提高我們的綜合實踐能力，在未來的發(fā)展上打下一個小基礎。7. 元件清單表3所需元件表元件數(shù)量直流電源5V1電阻（500K）1電阻（200）6電阻（510）3電阻（25k）1電容（1uF）1電容（O.luF）1555芯片17400四與非門芯片27404六非門芯片17486四異或門芯片17476雙J-K觸發(fā)器174138譯碼器1LED燈6單刀單擲開關38附錄1.555芯片資料555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集

20、成器件 。一般用雙極性工 藝制作的稱為555，除單定時器外。555定時器的電源電壓范圍寬，可在5V16V 工作，輸出驅動電流約為200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS或者模擬電路電平 兼容。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路匚1丿 8匚21匚36匚4531 - GND2 * Trigger3 Outpil4 ” Resel5 - Control voltage6 Threshokl7 - DischargeE - Vcc圖12 555芯片管腳圖2.74LS76芯片資料74LS76是帶有置位和清零的雙

21、 J-K觸發(fā)器，每個觸發(fā)器都有一個單獨清零和置 f” 端，有Q互補輸出。CLK和PR分別輸入低電平時，分別實現(xiàn)清零和置1功能，輸入為 高電平時，觸發(fā)器正常工作為下降沿觸發(fā)型 JK觸發(fā)器。使用時16腳接5V左右電源。1CP 1PR 1CLR LJ VCC 2CP 2PR 2CLR圖13 74ls76芯片內部及管腳圖3.邏輯門集成芯片資料(1) 74IS00芯片資料74IS00是兩輸入的四與非門集成芯片,其表達式為：丫二A B，真值表如表2。使用 時，要保證芯片14腳接5-7V左右直流電壓，7腳接地。1“-2Jit i I -£>JnjD°商2A.4¥1«rfl2IITlMB表474ls00真值表輸入輸出ABY001011101110(a)(b)圖14 74ls00芯片內部及管腳圖(2) 74ls04芯片資料。使用時，要圖15 74ls04芯片內部及管腳圖(3) 74ls86芯片資料74IS86芯片是兩輸入的四異或門 TTL集成芯片,其表達式為：丫 = A二B，表3 為其真值表，圖15為其管腳圖。使用時，要保證芯片14腳接