数电课程设计报告.doc

郑州科技学院数字电子技术课程设计题 目 _学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师 完成时间 2013年 月 日 目 录1 课程设计的目的12 课程设计的任务与要求23 设计方案与论证33.1 33.2 44设计原理及功能说明 55单元电路的设计（计算与说明）56硬件的制作与调试57总结 10参考文献15附录1：总体电路原理图18附录2：元器件清单19一、总体概述1.1 设计意义随着社会的不断进步和科学技术，经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，汽车已经广泛的进入了人们的生活。而作为汽车电路重要的组成部分-汽车尾灯控制系统，人们对它的认识还存在许多的局限性，还有待我们继续对其进行研究和探讨。所以设计一套更好更合理的汽车尾灯系统，对汽车业的发展，对经济的发展有着深远的影响。1.2 设计目的通过本课程的设计，我们应该做到：（1）更好的巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型数字系统的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高学生电路设计和分析能力。（2）通过实践，在理论指导下有所创新，为后继专业课的学习和日后工程实践奠定基础。1.2 设计要求汽车尾灯的控制电路由三个按键组成，分别对应左转，右转和刹车。汽车尾灯左右两侧各有三个指示灯（用发光二极管模拟），汽车正常远行时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。1.3 设计特点（1）增加了新功能有应急显示，减速转弯显示，倒车显示。（2）将转弯灯，刹车灯，倒车灯分开了，且根据不同的功能选用了不同颜色的LED灯。这样不仅使电路更加简单，还更加符合实际情况。（3）还特别增加了尾灯的自检功能，即尾灯不能正常工作会在仪表盘的对应灯上显示出来，及时提醒驾驶员去更换尾灯。二、电路原理框图 555电路产生脉冲开关控制电路译码电路74LS138计数电路74LS74显示电路各色LED灯组成尾灯控制电路各种门电路组成74LS373组成的驱动电路门电路组成仪表灯控制电路和尾灯自检电路仪表盘显示电路原理简述：由555脉冲电路产生周期为600ms的脉冲信号，提供给74LS74组成的二位二进制加法计数器，由开关电路来控制74LS138组成的译码电路，由译码电路、计数电路和开关控制电路一起组成尾灯控制电路，从而控制尾灯的亮灭。尾灯通过驱动74LS373再经过门电路，组成仪表电路，实现尾灯的自检。三、单元电路及电路元器件参数计算3.1 时钟信号源（CLK）单元设计由于汽车尾灯的点亮是给人不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率，但是频率也不能太小，所以我们在设计的时候是采用的555定时器产生的一个脉冲，占空比约为50%，频率约为1.7HZ。所以尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为0.6S，这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作，从而避免交通事故的发生。图3.1-1 555引脚图图3.1-2 555脉冲原理图工作原理简述：555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2,6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路也不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端（脚7）放电，使电路产生振荡。电容C在1/3Vcc和2/3Vcc之间充电和放电。参数计算：周期T=Tph + Tpl=613ms高电平时间：Tph=0.7（R1+R2）C=312ms低电平时间： Tpl=0.7R2 C=301ms占 空 比： D= Tph = R1+R2 =0.51 Tph+Tph R1+2R2 3.2 74 LS138译码器译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号或另外一个代码，因此，译码是编码的反操作。二进制译码器的输入是一组二进制代码，输出时一组与输入代码一一对应的高、低电平信号。输入输出S1S2+S3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y701111111111111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110图3.2-1 74LS138引脚图表3.2-2 74LS138的功能表图3.2-3 74LS138的部分电路图工作原理简述：74LS138是一种3线8线译码器， 设有三个使能输入端，当S3与S2均为0，且S1为1时，译码器处于工作状态，输出低电平。当译码器被禁止时，输出高电平。三个输入端A0A1A2共有8种状态组合（000-111），可译出8个输出信号Y0-Y7。在本设计中三个输入端分别接三个开关，开关状态的变化通过译码器译出，然后和门电路组成尾灯控制电路，实现对尾灯的控制。3.3 74LS74构成的二位二进制异步计数器计数器主要由边沿触发器组成。各种类型的触发器虽然结构不同，但都有一个共同的基本特性，即都有两个稳定状态，在外来触发信号作用下，电路可以从一个稳定状态转换到另一个稳定状态；在没有触发信号时，电路保持原来稳定状态不变。计数器电路正是利用了触发器的这一特性。因此，用触发器可以构成各种形式的计数器。本设计采用D触发器构成二位二进制计数器。图3.3-1 74LS74引脚图图4.3-2 74LS74功能表图3.3-3 74LS74的部分电路图工作原理简述：一个D触发器可实现一位二进制的存储，因此采用2个D触发器实现二位寄存器。连接时将每只D触发器接成T触发器，再由低位触发器的Q端和高一位的CP端相连接，即构成设计所需的计数器。计数器工作时，两个输出端口循环输出00 01 10 11，将其通过门电路就得到了左右转弯时尾灯循环点亮的信号。3.4 74 LS373驱动器 373为三态输出的8D透明锁存器，当三态允许控制端 OE 为低电平时,O0O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE 为高电平时，O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。图3.4-1 74LS373引脚图图4.4-2 74LS373的部分电路图工作原理简述：在做尾灯自检电路时，电阻两端的电压比较小，通过门电路后输出为低电平，无法实现自检，所以用373来做驱动，增大电压。四、总体电路图与电路工作原理说明。图5-1 总体电路图功能简述：本设计主要以数字电路为主，通过简单的芯片（如74LS161、74LS373、555等）而巧妙的设计成一个智能化的汽车尾灯控制电路。该电路能实现现实生活中汽车尾灯控制的正常行驶、左转、右转、左转刹车、右转刹车、刹车、倒车、夜行等八种功能。本电路具有控制简单，能够实现转弯流水灯指向功能显示的优点，开创性的设计出简单的驾驶状态显示仪显示功能。总电路原理：汽车尾部左右两侧各有5个指示灯（3个黄色的，1个白色的，1个红色的led灯）中间还有一个高位刹车灯(红色的led灯)，用作汽车行驶状态的方向指示，另外还有4个仪表盘指示灯，该灯不仅能给驾驶员提供尾灯显示信息，还能显示出各尾灯是否正常工作。该系统由四个电键S0 S1 S2 S3控制，分别对应着左转、右转、刹车、倒车。当S3 S2 S1 S0=0000时，通过74LS138译码后为“11111110”不做任何处理，尾灯和仪表灯全灭，汽车处于正常行驶。当S3 S2 S1 S0=0001时，汽车左转，左面三个黄色的尾灯按照L1L1L2L1L2L3全灭L1顺序循环点亮。具体实现是通过74LS138对“001”译码为“11111101”然后通过一个与非门和一个或门，使74LS74的复位端为高电平，开始计数，计数循环输出00 01 10 11 00将其加到一个与门和一个或门就可以得到控制转弯灯的信号000 001 011 111 000。开关控制S3 S2 S1 S0汽车运行状态左侧尾灯右侧尾灯高位刹车灯仪表盘灯0 0 0 0正常运行全不亮全不亮不亮不亮0 0 0 1左转弯3黄灯循环点亮全不亮不亮左侧黄灯闪亮 0 0 1 0右转弯全不亮3黄灯循环点亮不亮右侧黄灯闪亮 0 0 1 1应急状态红灯闪亮红灯闪亮不亮红灯闪亮0 1 0 0刹车红灯亮红灯亮亮红灯亮 0 1 0 1减速左转3黄灯循环点亮，红灯亮红灯亮亮对应灯亮0 1 1 0减速右转红灯亮3黄灯循环点亮，红灯亮亮对应灯亮0 1 1 1应急状态时刹车红灯闪亮红灯闪亮亮对应灯亮1 0 0 0倒车白灯亮白灯亮不亮白灯亮1 倒车对应灯亮对应灯亮对应灯亮对应灯亮当S3 S2 S1 S0=0010时，汽车右转，右面三个黄色的尾灯按照L1L1L2L1L2L3全灭L1顺序循环点亮。具体实现过程同左转。当S3 S2 S1 S0=0011时，汽车处于应急状态，两个红色的尾灯同时闪亮。具体实现是74LS138对“011”译码为“11110111”，该低电平信号通过一个与非门，然后和555脉冲信号通过与门共同控制尾灯的闪烁。当S3 S2 S1 S0=0100时，汽车刹车，三个红色的尾灯全亮。具体实现是74LS138对“011”译码为“11101111”，该低电平信号通过二个与非门，分别控制高位刹车灯和左右两侧的刹车灯。当S3 S2 S1 S0=0101或0110时，汽车减速左或右转，左或右侧的三个黄色尾灯循环点亮，三个红色的刹车灯一直亮。具体实现同单独左或右转和刹车。当 S3 S2 S1 S0=1000时，汽车倒车，两侧的白色尾灯一直亮。具体实现是开关接通5V电压，直接使灯亮。由于该开关没有接译码器，所以其控制的倒车灯和前面三个开关的控制互不影响。所有开关被接通时，仪表板的灯都会相应的被点亮，且当尾灯坏掉时，对应的仪表灯会熄灭，以此提示驾驶员及时更换尾灯，避免造成交通意外。具体实现是在灯和保护电阻之间引出电平，通过驱动器74LS373，其输出通过与门再接仪表盘显示灯。5、电路的仿真运行及组装、调试7.1 电路的仿真运行本设计采用了Proteus软件进行仿真，原因：proteus软件蕴含了丰富的模拟器件和仪器，能够完成模拟电子、数字电子、单片机及嵌入式等实验的内容，支持电工、电子的模拟仿真，功能强大，仿真效果与现实非常接近。（1）仿真总电路：图7.1-1仿真总电路（2）脉冲电路及其波形：图7.1-2脉冲电路及其产生波形转向左转右转应急 刹车倒车加刹车倒车左转尾灯显示（9）尾灯设计自检电路当左/右转弯灯有断路不亮时，仪表盘左/右灯不再有闪烁；当倒车灯有断路不亮时，仪表盘中间等会始终不亮；当倒车灯有断路不亮时，仪表盘底灯不再闪烁；当夜行灯有断路不亮时，仪表盘前灯不再闪烁。总的来说，仪表盘对应的功能显示灯亮能够检查到尾灯是否有异常。7.2 组装与调试（一）电路的组装a.根据电路图与实验箱的布局，按模块在试验箱上布置好芯片。b.单独检查每一块芯片，导线及其他元件经检查后放到待用元件区。c.为了方便检查，选取适当长和不同颜色的导线，将元件逐个接进模块中，并在重要的导线上注明。d.因为左转和右转的连线是几乎一样的，先连好一边，在引到令一边。e.两个实验箱的地线必须连接在一起，形成共地。（二）电路的调试调试是指系统的调整、改进与测试。测试时在电路组装后对电路的参数与工作状态进行测量，调整则是在测试的基础上对电路的某参数进行修正，使满足设计要求。（1）调试方法：采用边安装边调试的方法。把复杂的电路按原理框图上的功能分成单元进行和安装和调试，在单元调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，最后完成整机调试。（2）调试步骤、技巧：a、通电前检查，首先根据原理电路图认真检查电路接线是否正确，包括错线、少线、多线和短路。而且要尽可能直接测量元器件引脚，因为引脚处接触不良较多。b、通电观察，在电路安装没有错误的情况下接通电源，闭上开关，先观察电路是否有异常，然后按要求测量各元器件的引脚的测量参数。以保证元件正常工作。c、单元电路调试，用前级的输出信号或自身的信号测试单元的各种指标是否符合设计要求。d、整机联调，将各个单元电路调好后连在一起，观察和测量，把