汽車尾燈控制電路

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱：數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：汽車尾燈控制電路學(xué)院名稱：信息工程學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：080611學(xué)號(hào)：080611姓名：LJA評(píng)分：教師：2010年9月15日摘要本課題通過(guò)TTL系列邏輯門及時(shí)序邏輯芯片設(shè)計(jì)模擬汽車尾燈的控制電路，用來(lái)反應(yīng)汽車運(yùn)行時(shí)的主要狀態(tài)，汽車尾部左右兩側(cè)各有3個(gè)指示燈，當(dāng)汽車進(jìn)入不同行駛狀態(tài)（左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車和正常行駛的四種狀態(tài)），指示燈按照指定要求閃爍。本設(shè)計(jì)主要由脈沖產(chǎn)生電路、開(kāi)關(guān)控制電路、三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路、譯碼電路和顯示驅(qū)動(dòng)電路等四部分構(gòu)成。結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)單，所用芯片等為實(shí)驗(yàn)室通用元器件，實(shí)現(xiàn)成本低廉。理論部分通過(guò)軟件仿真模擬，效果穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵字：汽車尾燈、狀態(tài)、脈沖、仿真模擬目錄前言 3第一章設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 41.1設(shè)計(jì)任務(wù) 4第二章設(shè)計(jì)方案選擇 42.1設(shè)計(jì)方案 42.2方案選擇 4第三章系統(tǒng)組成及工作原理 53.1系統(tǒng)組成 53.2工作原理 5第四章單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇 74.1尾燈電路 74.2三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路 84.3開(kāi)關(guān)控制電路 94.4脈沖產(chǎn)生電路 10第五章實(shí)驗(yàn)調(diào)試和分析 13實(shí)驗(yàn)體會(huì) 14參考文獻(xiàn) 15附錄 16前言經(jīng)過(guò)前期數(shù)字邏輯、電路分析等課程的學(xué)習(xí)，已經(jīng)掌握了中小規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中。親手設(shè)計(jì)和制作電路，理論與實(shí)踐的相結(jié)合，鍛煉了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決時(shí)間問(wèn)題的能力，也增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力。汽車作為現(xiàn)代交通工具已大量進(jìn)入人們的日常生活，汽車在道路上行駛時(shí)狀態(tài)的對(duì)外表現(xiàn)和識(shí)別關(guān)系到道路交通的安全。在汽車行駛過(guò)程中，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車和正常行駛是幾種最主要的狀態(tài)。駕駛員的相應(yīng)操作通過(guò)指示燈不同閃爍傳達(dá)到外界，從而使路人做出相應(yīng)的規(guī)避，以避免交通事故的發(fā)生。對(duì)此部分電路的設(shè)計(jì)和制造具有非常高的實(shí)用意義。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在一些高檔汽車上已經(jīng)由智能化控制代替人工開(kāi)關(guān)控制，在雨霧天或者路況較差時(shí)，智能化的汽車控制可以有效的提高汽車行駛的安全性，減少因人反應(yīng)延遲或是判斷失誤而造成的事故。因此智能化控制電路將是下一步的發(fā)展方向。第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)假設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)各有三個(gè)指示燈(用發(fā)光二極管模擬)，要求是：汽車正常運(yùn)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。第二章設(shè)計(jì)方案選擇2.1設(shè)計(jì)方案各種設(shè)計(jì)方案的區(qū)別主要是在三進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生方法上。方案一：通過(guò)74LS160或74LS161計(jì)數(shù)器構(gòu)成三進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生00、01、10信號(hào)。方案二：通過(guò)雙J-K觸發(fā)器74LS76構(gòu)成三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。方案三：通過(guò)D觸發(fā)器或T觸發(fā)器構(gòu)成三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。2.2方案選擇方案一電路簡(jiǎn)單，但在模擬時(shí)計(jì)數(shù)器競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的存在，尾燈閃爍時(shí)會(huì)出現(xiàn)時(shí)間誤差，不符合設(shè)計(jì)要求。方案二、三原理相近，由于J-K觸發(fā)器平時(shí)使用較多，因此選用方案二。第三章系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)組成本系統(tǒng)主要由脈沖產(chǎn)生電路、開(kāi)關(guān)控制電路、三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路、譯碼電路和顯示驅(qū)動(dòng)電路等四部分構(gòu)成。工作原理（1）尾燈與汽車運(yùn)行狀態(tài)表如表所示表3.2-1尾燈與汽車運(yùn)行狀態(tài)表開(kāi)關(guān)控制S1S0運(yùn)行狀態(tài)左尾燈D4D5D6右尾燈D1D2D300正常行駛燈滅燈滅01右轉(zhuǎn)彎燈滅右循環(huán)點(diǎn)亮10左轉(zhuǎn)彎左循環(huán)點(diǎn)亮燈滅11剎車尾燈隨CP閃爍（2）總體框圖：汽車左轉(zhuǎn)或是右轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點(diǎn)亮。由此得出在每種運(yùn)行狀態(tài)下，各指示燈與給定的條件（S1、S0、CP、Q1、Q2）的關(guān)系，即邏輯功能表（如表3-2所示）表3.2-2汽車尾燈控制邏輯功能表開(kāi)關(guān)控制三進(jìn)制計(jì)數(shù)器六個(gè)指示燈S1S0Q1Q2D5D4D3D2D1D000000000010001100001000000100000011000011000100001000010000011CPCPCPCPCPCP由表3-2得總體框圖如圖所示三進(jìn)制計(jì)數(shù)器顯示驅(qū)動(dòng)電路尾燈電路三進(jìn)制計(jì)數(shù)器顯示驅(qū)動(dòng)電路尾燈電路譯碼電路開(kāi)關(guān)控制電路路圖3.2-1汽車尾燈控制電路原理框圖第四章單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇4.1尾燈電路汽車尾燈電路如圖4.1-1所示，其顯示驅(qū)動(dòng)由6個(gè)發(fā)光二極管和6個(gè)反向器構(gòu)成。譯碼電路由3線-8譯碼器74LS138和6個(gè)非門組成。74LS138的三個(gè)輸入端A2、A1、A0分別接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端。當(dāng)S1=0，使能信號(hào)A=G=1，計(jì)數(shù)器狀態(tài)為00、01、10時(shí)，74LS138對(duì)應(yīng)的輸出端、、依次為0有效（、、信號(hào)為“1”無(wú)效），即反相器G1-G3的輸出端也依次為0，故指示燈D1→D2→D3按順序點(diǎn)亮示意汽車右轉(zhuǎn)彎。若上述條件不變，而=1，則74LS138對(duì)應(yīng)的輸出端、、依次為0有效，即反相器G4-G6的輸出端依次為0，故指示燈D4→D5→D6按順序點(diǎn)亮，示意汽車左轉(zhuǎn)彎。當(dāng)G=0，A=1時(shí)，74LS138的輸出端全為1，G6-G1的輸出端也全為1，指示燈全滅；當(dāng)G=0,A=CP時(shí)，指示燈隨CP的頻率閃爍。圖4.1-1尾燈仿真模擬電路三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路（1）三進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表如表4-1所示表4-1三進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q1Q0Q1Q000010110100011××（2）三進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示1111100100圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖本設(shè)計(jì)采用一片雙J-K觸發(fā)器74LS76即可（74LS76芯片引腳圖見(jiàn)附錄圖++），其電路連接如圖4.2-2。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。圖三進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生仿真模擬電路開(kāi)關(guān)控制電路對(duì)于開(kāi)關(guān)控制電路，設(shè)74LS138和顯示驅(qū)動(dòng)電路的是能斷信號(hào)分別為G和A，根據(jù)總體邏輯功能表分析及組合得G、A與給定的條件（S1、S0、CP）的真值表，如表所示。由表4.3-1經(jīng)過(guò)整理得邏輯表達(dá)式：由上式得開(kāi)關(guān)控制電路，如圖4所表S1、S0、CP與G、A邏輯功能真值表開(kāi)關(guān)控制S1S0CP使能信號(hào)GA０００１０１１１１０１１１１CP０CP圖開(kāi)關(guān)控制仿真模擬電路脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)脈沖源，可以較好的控制脈沖占空比，脈沖頻率等從而使設(shè)計(jì)更人性化。555定時(shí)器脈沖產(chǎn)生電路如圖所示圖555定時(shí)器脈沖電路圖對(duì)應(yīng)圖脈沖計(jì)算公式G故電路的震蕩周期為震蕩頻率為實(shí)際連接計(jì)算得：高電平時(shí)間：250ms低電平時(shí)間：頻率：在multisim上仿真模擬圖4.4-2，其中端口4為脈沖輸出端。仿真結(jié)果如圖4.4-2與實(shí)際計(jì)算一致。圖4.4-2555脈沖仿真模擬電路圖4.4-3555脈沖仿真模擬效果第五章實(shí)驗(yàn)調(diào)試和分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，以數(shù)字邏輯和模擬電路等知識(shí)為基礎(chǔ)，完成基本電路設(shè)計(jì)。1、實(shí)際電路操作前，先通過(guò)進(jìn)行了仿真模擬，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的整體正確性。對(duì)方案中的單元模塊如脈沖產(chǎn)生電路，三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路，進(jìn)行單獨(dú)驗(yàn)證。盡最大可能排除不符合設(shè)計(jì)要求或是容易產(chǎn)生不穩(wěn)定的地方。在仿真確定以后領(lǐng)取了所需器材進(jìn)行實(shí)際電路連接操作。2、將芯片按一定的排布插在實(shí)驗(yàn)板上，用萬(wàn)用表檢查各芯片引腳的導(dǎo)通情況。3、首先分單元進(jìn)行連接，分別將電路的四個(gè)模塊依次按設(shè)計(jì)圖連接，用示波器檢查脈沖電路產(chǎn)生脈沖情況和三進(jìn)制計(jì)數(shù)器產(chǎn)生波形。這樣連接層次清晰，容易檢查和改正電路連接錯(cuò)誤。其中實(shí)驗(yàn)室缺少74LS00四2輸入與非門芯片，遂采用74LS20二4輸入與非門替代。由于只用到其中2個(gè)輸入端，其余兩個(gè)輸入端需要輸入高電平，以達(dá)到所需功能，增加了電路的復(fù)雜性。4、電路連接完成后參照設(shè)計(jì)圖排查電路，待確定連接無(wú)誤后打開(kāi)電源。開(kāi)啟-閉合開(kāi)關(guān)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象即二極管的閃爍情況。5、操作開(kāi)關(guān)，S1、S0開(kāi)啟，LED同時(shí)閃爍，實(shí)現(xiàn)剎車功能；S1閉合，S0開(kāi)啟，右邊三只LED燈按右循環(huán)順序閃爍，實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎功能；S1閉合，S0閉合，右邊三只LED燈按右循環(huán)順序閃爍，未能實(shí)現(xiàn)正常行駛功能；S1開(kāi)啟，S0閉合，LED燈同時(shí)閃爍，未實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎功能。由于此前按單元連接電路排除了脈沖產(chǎn)生電路和三進(jìn)制產(chǎn)生電路出現(xiàn)故障的可能。測(cè)試開(kāi)關(guān)控制電路輸出端A，發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)SO閉合或開(kāi)啟未對(duì)輸出產(chǎn)生影響，排查此處電路發(fā)現(xiàn)S0與地連接線路脫落。重新連接后，S1閉合，S0開(kāi)啟，右邊三只LED燈按右循環(huán)順序閃爍，實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎功能；S1閉合，S0閉合，LED燈熄滅，實(shí)現(xiàn)正常行駛功能；S1開(kāi)啟，S0閉合，左邊三只LED燈按右循環(huán)順序閃爍，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎功能。注：開(kāi)關(guān)開(kāi)啟為“1”，閉合為“0”。6、開(kāi)關(guān)操作結(jié)果顯示實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，電路設(shè)計(jì)、連接成功。實(shí)驗(yàn)體會(huì)第二次進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，與課堂理論知識(shí)學(xué)習(xí)相比較，課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。參與性和開(kāi)放性。是對(duì)自己理論知識(shí)的一次檢查和梳理，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中遇到問(wèn)題、解決問(wèn)題、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案等等都是對(duì)自己能力的鍛煉和提高。本次課程設(shè)計(jì)題目較為簡(jiǎn)單，基本上都屬于平時(shí)課堂教學(xué)已涉及到的內(nèi)容，尤其是J-K觸發(fā)器、138譯碼器的，都是已經(jīng)多次通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解其功能和使用的。在基本設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上還可以增加提高要求，比如將倒車、夜間行駛、開(kāi)啟車門等情況計(jì)入其中。總的說(shuō)來(lái)，這次課程設(shè)計(jì)還是比較順利的。只是在測(cè)試階段遇到一點(diǎn)問(wèn)題，其他階段還是完全符合預(yù)定計(jì)劃的，并沒(méi)有因?yàn)槭裁磫?wèn)題而耽誤實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。這次課程設(shè)計(jì)，雖然短暫。但卻是第一次的自主合作的設(shè)計(jì)電路。以前書(shū)本上的內(nèi)容第一次完完全全的在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到了書(shū)本中不曾學(xué)到的情況。同時(shí)，由于是兩人合作制作，是學(xué)到在將來(lái)大規(guī)模電路設(shè)計(jì)中，團(tuán)體協(xié)作是多么的重要。最后，感謝老師為提供這次的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)和悉心的指導(dǎo)。參考目錄[1]白中英主編.《數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)第四版》科學(xué)出版社.2007[2]張建華主編.《數(shù)字電子技術(shù)》機(jī)械工業(yè)出版社.1994[3]康華光主編.《電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分》高等教育出版社.2003[4]路勇主編.《電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真》清華大學(xué)出版社.2004[5]蔡惟錚主編.《數(shù)字電子線路基礎(chǔ)》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1988[6]閻石主編.《數(shù)字電子電路》中央廣播電視大學(xué)出版社.1993附錄附錄一：原件清單序號(hào)類型型號(hào)數(shù)量1芯片74L