供用电技术专业电子课程设计-汽车尾灯控制电路课程设计.doc

供用电技术专业电子课程设计第一章 概论第一节 设计介绍 1设计任务设计一个汽车尾灯控制电路，汽车尾部左右两侧各有3个指示灯(用发光二极管模拟)，当在汽车正常运行时指示灯全灭；在右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮（d2d1d0全灭d2）时间间隔0.5s（采用一个2hz的方波源）；在左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮（d5d4d3全灭d5）；在临时刹车或者检测尾灯是否正常时，所有指示灯同时点亮（d2d1d0 d5d4d3点亮）。2、设计条件本设计基于学校电子技术实验后设计的，通过在电脑上利用各种软件设计而成，包括quartus ii 5.0，multisim2001以及dxp2004等设计仿真软件。3、设计要求 分析以上设计任务，由于汽车左转弯、右转弯、刹车、倒车、晚上行车时，所有灯点亮的次序和是否点亮是不同的，所以用74138译码器对输入的信号进行译码，从而得到一个低电平输出，再由这个低电平控制一个计数器74161，计数器输出为高电平时就点亮不同的尾灯（这里用发光二极管模拟），从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下，各指示灯与给定条件间的关系，即逻辑功能表1所示。汽车尾灯控制电路设计总体框图如图1-1所示。汽车尾灯和汽车运行状态表1-1s1 s0运行状态左尾灯d5d4d3状态右尾灯d2d1d0状态0 0直行0 0 00 0 00 1右转弯0 0 0向右循环点亮按d2d1d0的顺序循环1 0左转弯向左循环点亮按d3d4d5的顺序循环0 0 01 1临时刹车所有尾灯同时闪烁开关控制电路编码电路74148显示驱动电路记数电路74161d2d1d0 d5d4d3脉冲产生电路555图1-1 汽车尾灯控制电路设计总体框图4、设计的意义通过设计此电路可以掌握编码器的基本应用，在数字电路中编码器是怎么样应用和利用编码器怎么实现电路的目的。了解555定时器的使用和工作原理，在数字电路中使用555定时器的方便和优点，d触发器够成的分频器，进一步学习并进一步掌握这些知识在实际当中的应用，更加稳固强化书本学习中的内容。第二章 设计原理内容第一节 时钟信号源（clk）设计：设计说明：由于汽车尾灯是的点亮是给人的不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车的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定时器设计的一个脉冲产生源，占空比约为50%，它产生的频率f约为2hz。然后通过计数器就能控制汽车尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为0.5s，这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作以采取相应的动作从而避免交通事故的发生。设计计算公式（对应右图）： 高电平时间： 低电平时间： 占空比： 设计最后图形如右图所示： 高电平时间 =250.0ms低电平时间 =213.9ms 占 空 比 d=53.8% 频 率 第二节 主电路设计分析主电路设计： 设计说明： 实现的主要功能是通过开关控制从而实现汽车尾灯的点亮方式。根据表1具体实现如下：当s1 s0 =00时候汽车处于直行，尾灯完全处于熄灭状态，所以通过74138译码后为“11111110”不做任何处理。当 s1s0 =10时候汽车左转，所以汽车尾灯的左面3个灯按照d3d4d5全灭d3顺序循环点亮，具体实现是通过74138对“010”译码为“11111011”然后通过译码后的低电平y1通过一个非门控制计数器74161的ent和enp端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）0001（d3点亮）0010（d4点亮）0011（d5点亮）0100（异步清零）0000循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2hz方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5s*4。当s1s0=01时候汽车右转，所以汽车尾灯右面3个灯按照d2d1d0全灭d2顺序循环点亮，具体实现是通过74138对“01”译码为“11111101” 然后通过译码后的低电平y2通过一个非门控制计数器74161的ent和enp端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）0001（d2点亮）0010（d1点亮）0011（d0点亮）0100（异步清零）0000循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2hz方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5s*4。当s1s0 =11时候汽车处于刹车状态，所以汽车的尾灯全亮，具体实现是通过74138对“011”译码为“11110111”然后通过译码后的低电平y3通过一个非门直接控制所有的尾灯点亮。主电路的仿真： 分步仿真：1 汽车左转弯的仿真。在quartus ii 5.0下（以下的仿真都是在这个软件下，并且都是功能仿真）的仿真的电路图和波形。图2-1.左转弯仿真电路仿真波形分析：当s1s0 =10时候，d5d4d3变化顺序为：000 001 010 100 000，由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：d3d4d5全灭d3s1s0=00的时候，d2d1d0 ，d3d4d5恒为000，所以所有灯熄灭与实际相符合，所以正确。第三节 左右转弯设计分析仿真电路波形分析：有当s1s0 =01时候，d0d1d2变化顺序为：000 001 010 100 000，d0d1d2=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：d2d1d0全灭d2d3d4d5恒为熄灭;s1s0=10的时候，d3d4d5变化顺序为：000 001 010 100 000，d3d4d5=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：d3d4d5全灭d3d0d1d2恒为熄灭。 s1s0 =11的时候，d3d4d5 ，d0d1d2恒为111，所以所有灯全亮。 s1s0 =00的时候，d3d4d5 ，d0d1d2恒为000，所以所有灯熄灭。经过分析与实际相符合，所以仿真正确。图2-2.左右转弯仿真电路.汽车左右转弯和刹车的仿真。图2-3.汽车左右和刹车仿真电路图2-4.汽车左右和刹车仿真波形仿真电路波形分析：当s1s0=01时候，d0d1d2变化顺序为：000 001 010 100 000，d0d1d2=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：d2d1d0全灭d2d3d4d5恒为熄灭；s1s0 =10的时候，d5d4d3变化顺序为：000 001 010 100 000，d3dd4d5=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：d3d4d5全灭d3d2d1d0恒为熄灭。 s1s0 =11的时候，d3d4d5 ，d2d1d0恒为111，所以所有灯全亮。 s1s0 =00的时候，d3d4d5 ，d2d1d0恒为000，所以所有灯熄灭。经过分析与实际相符合，所以仿真正确。第三章 综合总体设计第一节 555定时器的介绍555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的混合集成电路，它设计新颖，构思奇巧，是一种用途广泛的集成电路。1972年，美国西格尼蒂克斯公司研制出ne555双极型定时器电路，设计原意是用来取代体积大，定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。在其外部配上少量阻容元件，便能构成多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等电路。cmos555定时器的电源电压范围宽，为318v，还可输出一定的功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等。由于它的优良性能，使用灵活方便，因而在波形的产生和变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛应用。典型的ttl定时器有5g555、cmos定时器有cc7555、cc7556（双定时器）。555这个名字的由来是由于集成电路芯片中采用了3个5 的精确分压电阻。尽管555的产品型号繁多，但几乎所有的产品型号最后的三位数码都是555，cmos产品型号的最后4位都是7555，而且它们的逻辑功能和外部引出端功能排列也完全相同。也有同一集成电路上集成2个555单元电路的，其型号为556；在同一集成电路上集成4个555单元电路的，其型号为558。第二节 555定时器的基本应用1、由555定时器构成的施密特触发器施密特触发器是数字系统中比较常用的一种电路，他有两个稳态，是双稳态触发器的一个特例。只要外加触发信号的幅值变化足够大，它就能够从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。利用它的这一特点，可以将正弦波、三角波等非矩形波变换成矩形波；也可以做鉴幅器使用，来鉴别信号幅值。施密特触发器有如下特点：（1）当输入触发信号电平达到某值时，输出电平发生变化，即由一个稳定状态转换到另一个稳定状态。因此，施密特触发器是电平触发电路。（2）施密特触发器具有回差特性。输入信号电平增加或减小时，引起输出电平发生突变的转换电平分别为上限阈值电压(用 表示)和下限阈值电压（用 表示）。 和 的大小不一样，导致一种滞后的电压传输特性，又叫回差特性。两者之间的差值定义为回差电压 ,即 。（3）施密特触发器除了具有回差特性外，往往还可以增加一些逻辑电路的功能（如与、非、与非等），形成具有与功能的施密特触发器（即施密特触发与门）、非功能的施密特触发器（即施密特触发非门）和与非功能的施密特触发器（即施密特触发与非门）等等。2、单稳态触发器单稳态触发器是一种用于整形、延时、定时的脉冲电路。它有如下特点：（1）有一个稳定状态和一个暂稳定状态（简称暂稳态）；（2）在外来脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳态，暂稳态持续一段时间后，自动返回稳定状态。（3）暂稳态时间的长短取决于电路本身参数，与触发脉冲的宽度无关。单稳态触发器可有：ttl与非门组成的微分型单稳态触发器555定时器构成的单稳态触发器集成单稳态触发器3、555定时器还有很多用途： (1)液位报警器生产实践中，往往需要对容器中的液位有一定限制，以防止事故的发生。在此应用中通过一对探测电极侵入液池中，当液位过低时，会自动发出报警声。(2)光打靶游戏机在公园等游戏场所，经常可以看到光打靶游戏机。在此，555定时器构成单稳态触发器。（3）救护车报警电路此应用是用两片555定时器组成的救护车报警电路，两片555均构成多谐振荡器。此设计思路真是下面这次课程设计的基础。第三节 设计原理 1、时钟电路原理 由于汽车尾灯的点亮是给人的不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车的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定时器设计的一个脉冲产生源，它产生一个频率f约为2hz。然后通过计数器就能控制汽车尾灯在顺序循环点亮的时候时间间隔约为0.5s，这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作以采取相应的动作从而避免交通事故的发生。图3-1 555定时原理图利用此原理图可以实现使每一个灯接收到受控制的信号，以便于可以使每一灯顺序循环点亮，达到实际的要求。图3-2 六个发光二极管的电路图利用d触发器构成一个分频器，使在每一个上升沿来临的时候能够置一，使输出等于输入。图3-3 d触发器构成的分频器2、3位二进制优先编码器（8/3线）148此种优先编码器有ttl系列中的54/74 147、54/74ls147和coms系列中的54/74hc147、54/74hct147等。表3-1中，ei为使能端，因为输出要求每一个发光二极管顺序循环点亮、全灭、同时闪烁，依此输出状态分别为001、010、100三的状态，根据这三个状态和表3-1，选择对应的输入控制，当输出为全灭时也就是题目要求的汽车直行状态，只需将148的i7引脚接低电平就可以达到目的，所有尾灯同时闪烁时，也就是输出为111状态，因为有些引脚已经固定接什么电平，所以只能有一种接法，也就是表中的第一种，但是i7必须接高电平。表3-1 3位二进制优先编码器148真值表图3-4 控制电路工作原理当s1s0=00时，7脚接零相当于表3-1中的i7接零，因此输出为全灭，也就是汽车直行状态；当s1s0=01时，d1d2d3顺序循环点亮，其余三个均不亮；当s1s0=10时，d4d5d6顺序循环点亮