數(shù)電課設(shè) 汽車尾燈控制器的電路設(shè)計

1、 武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 汽車尾燈控制器的電路設(shè)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計） 圖1汽車尾燈控制電路框圖要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計工作量：1周內(nèi)完成對汽車尾燈控制器的設(shè)計、仿真、裝配與調(diào)試。2、技術(shù)要求：設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)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

2、熄滅。當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循順序點亮。當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)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(shè)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(xiàn)。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時間安排：1）第1-2天，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計原理。2）第3-4天， 方案選擇和電路設(shè)計仿真。3）第4-5天， 電路調(diào)試和設(shè)計說明書撰寫。4）第6天，上交課程設(shè)計成果及報告，同時進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師

3、）簽名： 年 月 日目 錄摘要11. 系統(tǒng)總體設(shè)計21.1 設(shè)計方案構(gòu)思21.2 電路原理框圖22.各模塊方案及電路參數(shù)32.1脈沖產(chǎn)生電32.1.1電路方案32.1.2電路原理圖32.1.3電路參數(shù)42.2三進(jìn)制電路52.2.1電路設(shè)計52.2.2電路原理圖62.3 開關(guān)控制電路72.3.1電路工作原理72.3.2電路原理圖72.4 譯碼驅(qū)動電路82.3.1電路工作原理82.3.2電路原理圖84. Multisim仿真94.1 脈沖產(chǎn)生電路仿真94.2電路整體仿真圖105.實物測試116.總結(jié)127.元件清單138.附錄14參考文獻(xiàn)1718摘要數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程是一門實用的專業(yè)基礎(chǔ)課，而該

4、課程的課程設(shè)計就是為了讓我們鞏固在理論課和實驗課程中學(xué)習(xí)到的知識。本次課程設(shè)計要求是做一個汽車尾燈控制電路，使用開關(guān)控制汽車尾燈在右轉(zhuǎn)彎時右尾燈右循環(huán)亮，左轉(zhuǎn)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(jié)果。本次課設(shè)要求我們綜合理論課程中的知識，先運用Multisim來設(shè)計一個汽車尾燈控制電路，并通過開關(guān)和LED燈來模擬顯示結(jié)果。為完成本次課設(shè)任務(wù)要求，將整個尾燈控制系統(tǒng)分為四部分：開關(guān)模擬左右轉(zhuǎn)及剎車、555多諧震蕩產(chǎn)生脈沖信號、譯碼驅(qū)動電路、三進(jìn)制計數(shù)電路。本次課程設(shè)計經(jīng)過方案論證-電路設(shè)計-電路實現(xiàn)-安裝調(diào)試-系統(tǒng)測試-總結(jié)報告等過程，達(dá)到了提高動手

5、能力和電子技術(shù)實踐技能的目的。關(guān)鍵詞：開關(guān)控制，三進(jìn)制，譯碼驅(qū)動，555多諧震蕩，LED模擬尾燈顯示。1. 系統(tǒng)總體設(shè)計1.1 設(shè)計方案構(gòu)思設(shè)計方案：將設(shè)計電路分為四個模塊：脈沖產(chǎn)生電路、開關(guān)控制電路、三進(jìn)制技術(shù)電路、譯碼及LED模擬汽車尾燈顯示模塊共四部分可達(dá)到基本要求。（1）脈沖產(chǎn)生電路：主要由555芯片構(gòu)成多諧振蕩器，分別設(shè)置好電阻R1、R2和電容C1的值，可得到所需的脈沖頻率和占空比。（2）開關(guān)控制電路：通過三個開關(guān)模擬剎車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，并以7400與非門、7404非門、7486或非門輔助控制，當(dāng)左轉(zhuǎn)開關(guān)閉合，左邊的尾燈按左循環(huán)依次點亮；當(dāng)右轉(zhuǎn)開關(guān)閉合，右邊的尾燈按右循環(huán)依次點亮；當(dāng)剎

6、車開關(guān)閉合，所有尾燈同時隨脈沖相應(yīng)地閃爍；所有開關(guān)都打開時，車正常行駛，全部燈滅。（3）三進(jìn)制電路：按課設(shè)所給初始條件，確定用兩個JK觸發(fā)器構(gòu)成三進(jìn)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(qū)動電路：為實現(xiàn)課設(shè)所要求功能，在對三進(jìn)制電路譯碼時，右轉(zhuǎn)開關(guān)閉合，實現(xiàn)000-001-010-000譯碼；左轉(zhuǎn)開關(guān)閉合時，實現(xiàn)100-101-110-100譯碼；剎車開關(guān)閉合時電路不譯碼開關(guān)控制電路LED模擬尾燈燈顯示1.2 電路原理框圖譯碼驅(qū)動電路三進(jìn)制計數(shù)器秒脈沖產(chǎn)生電路 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2.1.1電路方案由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩

7、器：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。2.1.2電路原理圖 如圖2所示，為整流濾波電路的電路原理圖。圖2 555多諧震蕩器電路圖2.1.3電路參數(shù)以我們在設(shè)計的時候是用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1HZ。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(yīng)的動作從

8、而避免交通事故的發(fā)生。要使占空比約為50%，則R2>>R1，令C1=1uF，當(dāng) （式1）則R2=500k，再令R1=25K，此時 tPH=(R1+R2)C1ln20.364s （式2） tPL=R2C1ln20.347s （式3） 頻率： （式4）占空比： （式5） 其中VC為電容C1兩端充放電波形，V0為555芯片3端輸出的波形VctVo0tPLtPHt0 圖3 555多諧振蕩器工作波形圖2.2三進(jìn)制電路2.2.1電路設(shè)計由J-K觸發(fā)器構(gòu)成的三進(jìn)制計數(shù)器三進(jìn)制加法計數(shù)器需要兩個二進(jìn)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7476芯片即可（74LS76芯片引

9、腳圖見附錄2），因此電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，所以選用此方案。詳細(xì)設(shè)計如下：1） JK觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：0001Q1Q010 圖4 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2） 兩個JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下：Q1nQ0nQ1n+1Q0n+100010110100011表1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 3)狀態(tài)方程： （式6） （式7）3） 由于J-K觸發(fā)器的特性方程為 （式8）結(jié)合狀態(tài)方程和驅(qū)動方程可得兩個J-K觸發(fā)器的驅(qū)動方程如下： Q0： J0= K0=1 （式9） Q1： J1= K1=1 （式10）2.2.2電路原理圖如圖5為三進(jìn)制加法計數(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

10、信號。因為不需要用到置數(shù)與清零，兩觸發(fā)器的和端都接電源，使其置1而無效。Q0中的J接Q1的輸出端，Q1中的J接Q0的輸出端，兩觸發(fā)器的K均接電源置1，這樣就構(gòu)成了同步三進(jìn)制加法計數(shù)器。 圖5 三進(jìn)制電路原理圖2.3 開關(guān)控制電路2.3.1電路工作原理電路開關(guān)一端接地，一端接電源，當(dāng)開關(guān)打開時，接出一端為高電平；當(dāng)開關(guān)閉合，接出一端為低電平。剎車開關(guān)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(guān)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做準(zhǔn)備。左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)開關(guān)接7486異或門在與剎車開關(guān)接7400與非門，輸出端接譯碼器低電平有效的使能端，當(dāng)左右轉(zhuǎn)開關(guān)同一狀態(tài)或

11、剎車開關(guān)閉合式，輸出高電平，譯碼器不工作。 左轉(zhuǎn)開關(guān)輸出端接譯碼器高位輸入端C，當(dāng)左轉(zhuǎn)開關(guān)打開，右轉(zhuǎn)開關(guān)閉合時，C端為1，譯碼器實現(xiàn)100-101-110-100循環(huán)譯碼；當(dāng)右轉(zhuǎn)開關(guān)打開，做轉(zhuǎn)開關(guān)閉合時，C端為0，譯碼器實現(xiàn)000-001-010-000循環(huán)譯碼。當(dāng)三個開關(guān)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）2.3.2電路原理圖 如圖6為開關(guān)控制電路原理圖。接驅(qū)動電路接譯碼器使能端 接譯碼器輸入高位端口C圖6 開關(guān)控制電路原理圖 2.4 譯碼驅(qū)動電路2.3.1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。

12、LED燈正向接7400與非門的輸出端，反向接保護(hù)電阻后接地。當(dāng)使能端輸入為低電平時，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Y4、Y5、Y6依次輸出低電平0，經(jīng)過與非門后變?yōu)楦唠娖?，LED燈4、5、6循環(huán)點亮，若C口輸入低電平0，則譯碼器Y0、Y1、Y2依次輸出低電平0，LED燈1、2、3循環(huán)點亮。當(dāng)使能端輸入為高電平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)2.3.2電路原理圖如圖7為譯碼驅(qū)動電路的連線圖，每個LED燈后接保護(hù)電阻，當(dāng)LED燈前的與非門輸出高電平時，LED燈會被電

13、路，即通過譯碼驅(qū)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(shè)要求。Q0Q1圖7 譯碼驅(qū)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。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(shè)計原理中一致，電容C1電壓兩端在1/3VCC至2/3VCC之間，當(dāng)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(jié)果圖4.2電路整體仿真圖如圖為剎車開關(guān)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(zhuǎn)彎和右

14、轉(zhuǎn)彎，所以電路中左轉(zhuǎn)開關(guān)和右轉(zhuǎn)開關(guān)用與非門連接起來，避免其出現(xiàn)同時閉合且剎車開關(guān)打開時仍然有燈亮的狀況。 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(guān)S1、S2、S3的狀態(tài)后所觀察到的現(xiàn)象。表2 仿真現(xiàn)象記錄表開關(guān)狀態(tài)現(xiàn)象左轉(zhuǎn)（S1）剎車（S2）右轉(zhuǎn)（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(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車開關(guān)測試實物現(xiàn)象如圖10所示。（a）圖為閉合右轉(zhuǎn)開關(guān)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(zhuǎn)開關(guān)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

15、剎車開關(guān)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(jié)果圖6.總結(jié)課程設(shè)計中的遇到的問題：（1）555振蕩器所設(shè)計的脈沖電路仿真時，若嚴(yán)格按照頻率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25K電阻時，頻率為28HZ左右，不能觀察到脈沖，改用500 K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(fù)雜，在焊接實物時，沒有花更多的時間去設(shè)計電路走線，導(dǎo)致實物外觀不整潔，今后應(yīng)加強(qiáng)。心得體會：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)是電信專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，

16、課程設(shè)計是我們理論聯(lián)系實際的最好途徑，在課程設(shè)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(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(shè)計電路是并不復(fù)雜。由于仿真軟件的差別導(dǎo)致555振蕩器設(shè)計的脈沖源不能正常工作，導(dǎo)致了我在做實物時遇到了問題。而數(shù)字電子技術(shù)所涉及的電路中芯片多、連線復(fù)雜，在焊接實物時也必須認(rèn)真小心，而我的實物雖然成功，但走線復(fù)雜，焊接并不好看，以后有待加強(qiáng)。從一開始接受課程任務(wù)

17、，后著手建立設(shè)計框圖，查閱相關(guān)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(shè)計作業(yè)的全部功能。通過本次課程設(shè)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(yīng)用，在每一次的實踐中提高了我的耐心。另外，我們學(xué)習(xí)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(jié)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(chǔ)。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（0.1uF）1555芯片17400四與非門芯片27404六

18、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(guān)3 8.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(jié)合的中規(guī)模集成器件。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(qū)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。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J-K觸發(fā)器，

19、每個觸發(fā)器都有一個單獨清零和置“1”端，有Q互補(bǔ)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。圖13 74ls76芯片內(nèi)部及管腳圖3.邏輯門集成芯片資料（1）74ls00芯片資料74ls00是兩輸入的四與非門集成芯片，其表達(dá)式為：,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。表4 74ls00真值表 輸入輸出ABY001011101110（a） （b）圖14 74ls00芯片內(nèi)部及管腳圖（2）74ls04芯片資料74ls04是六異或門TTL集成芯片，其表達(dá)式為，圖14為其管腳圖。使用時，要保證芯片14腳接5-7V左右直流電壓，7腳接地。圖15 74ls04芯片內(nèi)部及管腳圖（3）74ls86芯片資料74ls86芯片是兩輸入的四異或門TTL集成芯片，其表達(dá)式為：，表3為其真值表，