电子技术课程设计-汽车尾灯控制器.doc

洛洛阳阳理理工工学学院院课课程程设设计计报报告告课程名称_电子技术课程设计_设计题目_汽车尾灯控制器_专业_计算机科学与技术_班级_学号_姓名_完成日期_2012年1月11日_课课程程设设计计任任务务书书设计题目：设计题目：_汽车尾灯控制器_设计内容与要求：设计内容与要求：运用所学的理论知识，设计一种通过TTL系列逻辑门级时序逻辑芯片设计模拟汽车尾灯工作情况电路。设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光管模拟），要求是：（1）汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。（2）当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮。（3）当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮。（4）临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。指导教师：_任波_年月日课课程程设设计计评评语语成绩：成绩：指导教师：_年月日洛阳理工学院课程设计报告1摘摘要要本课程设计采用一种简便的汽车尾灯控制电路的设计方法，主要解决如何灵活的对汽车行驶状态通过尾灯来显示，如左转、右转、停车、刹车等。综合利用理论知识并与实践相结合，实现整个电路的设计。当今社会生活节奏快，交通拥挤，导致交通事故频繁发生，其中汽车追尾事件在交通事故中所占比重较大，追尾时间的产生主要是由于司机的疏忽以及无法把握前方车辆的运行的状况而导致的；而汽车尾灯控制电路的产生，恰好有利于缓解这一状况，通过对尾灯的控制，体现汽车在公路的上的行驶状态，即汽车正常行驶时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯右循环点亮，左转弯时左侧三个指示灯按左循环循序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。汽车尾灯显示控制电路通过提醒其他司机周围正有车辆正在进行转弯、刹车操作，来达到减少交通事故发生的目的，对于减少交通事故具有一定的意义。首先，这里提到的汽车尾灯显示控制电路是用数字电路实现的。汽车尾灯显示控制电路是汽车尾灯显示电路的重要组成部分，主要完成控制与驱动功能，具体电路由四进制计数器电路、汽车行驶状态开关控制电路和汽车行驶状态显示电路三部分组成。其中四进制计数器部分用到了74LS161芯片来实现；汽车行驶状态开关控制电路部分则用到了组合逻辑电路中译码器及逻辑门门电路，使用到3-8线译码器芯片74LS138、“与非”门芯片74LS00、“非”门芯片74LS04和“异或”门芯片74LS86；汽车行驶状态显示电路也涉及到发光二极管的使用。逻辑电路设计与实践是数字逻辑学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实际动手能力相统一的一个环节，也是真正地锻炼学生能力的一个环节。本次为期两周的课程设计正好能让学生们将课堂上的知识得到好的发挥，让学生的综合能力得到进一步的提高。关键词：汽车尾灯；控制电路；逻辑电路设计洛阳理工学院课程设计报告2目录目录摘摘要要.11第第11章章设计任务和设计要求设计任务和设计要求.331.1设计任务.31.2设计要求.31.3课题目的及意义.31.3.1课题的目的.31.3.2课题的意义.4第第22章章设计简介及设计方案论述设计简介及设计方案论述.552.1设计分析.52.2设计方案简介.5第第33章章详细设计详细设计.663.1开关控制模块的设计.63.2三进制计数器模块的设计.73.3译码和显示驱动模块的设计.83.4尾灯状态显示模块的设计总电路图.10第第44章章电路仿真测试电路仿真测试.1212总总结结.1616参考文献参考文献.1717洛阳理工学院课程设计报告3第第11章章设计任务和设计要求设计任务和设计要求1.1.11设计任务设计任务运用所学的理论知识，设计一种通过TTL系列逻辑门级时序逻辑芯片设计模拟汽车尾灯工作情况电路。通过制作脉冲产生器，任意进制的计数器和译码器的改用等一系列方法，以及显示驱动和模式控制的电路设计来完成任务。设计通过发光二极管模拟汽车尾灯来实现了汽车在行驶时候的四种情况：正常行驶左拐弯，右拐弯，紧急刹车。具体要求如下：1.2设计要求设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光管模拟），要求是：（1）汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。（2）当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮。（3）当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮。（4）临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。1.31.3课题目的及意义课题目的及意义1.3.11.3.1课题的目的课题的目的1.熟悉常用芯片的使用2.掌握时序逻辑电路和组合逻辑电路的分析方法3.了解和掌握逻辑电路的设计方法。4.掌握数字集成电路的汽车尾灯控制器的设计方法与数字电子线路系统的装调技术。洛阳理工学院课程设计报告41.3.21.3.2课题的意义课题的意义本次课程设计历时1周，同学们通过分组讨论，实现课题的任务。本次实验可以让学生们将课本上学习到的知识很好的应用到实际中来，增强独立设计思考能力及自主动手能力。在实验中，更深地理解相关原理。实验让学生掌握了逻辑电路的设计能力，可以在今后的电路设计问题上运用本次课程设计学习到的相关经验来解决相应问题。洛阳理工学院课程设计报告5第第22章章设计简介及设计方案论述设计简介及设计方案论述2.12.1设计分析设计分析实验要求实现正常行驶、左转、右转、刹车这四种状态下汽车尾灯的显示情况。我们可以用6个LED显示灯来模拟汽车的尾灯，左边三个，右边三个。当汽车正常行驶，在两侧的LED灯全部熄灭；转向时，汽车对应一侧的灯循环点亮；刹车情况下，所有的灯全部闪。完成这些要求，我们可以设计3个开关来模拟转向、刹车开关。其中，K1控制汽车尾灯的左转，K2控制右转，K3控制刹车。当所有开关为低电平时，表示汽车正常行驶；当有一个转向灯开关为高电平时，汽车相应一侧的灯循环点亮；当刹车开关为高电平时，6个灯同时闪。这里，我们需要三大部件：第一，尾灯电路，控制汽车的全灭、单侧循环点亮、全部闪这三种不同的状态；第二，计数器电路，实现循环闪的几种状态的来源；第三，开关控制电路，把K1K2K3通过组合逻辑电路来实现对尾灯电路的整体控制。2.22.2设计方案简介设计方案简介本次设计方案主要有三个模块：开关控制电路、三进制计数器电路和尾灯译码驱动电路。通过把这三个模块组合连接来实现汽车尾灯控制。首先，利用4位2进制计数器74LS161芯片构成三进制计数器，来产生00，01，10，11这四种循环的序列，此信号提供转向时车灯循环点亮的初始信号来源。其次，利用3-8译码器74LS138芯片，实现对初始循环信号进行译码，实现车灯按照要求来循环点亮。最后，通过K1K2K3三个开关设计一个组合逻辑电路，控制尾灯电路，完成开关控制电路的设计。这几步得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能。洛阳理工学院课程设计报告6第第33章章详细模块设计详细模块设计3.1开关控制模块的设计开关控制模块的设计设译码与显示驱动电路的使能控制信号为E和F，E与译码器74LS138的使能输入端E1相连，F与显示驱动电路中与门的一个输入端相连。由总体逻辑功能可知，E和F与开关控制变量K1和K0以及及时脉冲CP之间的关系如表3-1所示：表1开关控制变量与时钟脉冲的关系根据表3-1可求出使能控制信号E和F的逻辑表达式为：010101KKKKKKECPKKCPKKCPKKKKCPKKKKKKF01010101010101根据E和F的逻辑表达式，可画出模式控制电路，如下图所示：洛阳理工学院课程设计报告7图.1开关控制电路3.2三进制计数器模块的设计三进制计数器模块的设计三进制计数器可用触发器级联构成也可由集成计数器改造，考虑到稳定性的关系，因此在电路的设计中我们选用十六进制计数器74LS161芯片进行改造来达到三进制计数器。74LS161芯片引脚图如下图所示：图.274LS161芯片的引脚图TC进位输出端CP时钟输入端（上升沿有效）R异步清零输入端CEPCET计数控制端P0-P3并行数据输入端LOAD同步并行置入控制端Q0-Q3输出端洛阳理工学院课程设计报告8表274LS161功能表由以上74LS161的功能表可知，当把QA与QB输入与非门，输出端在CLR端，即可以通过反馈清零的方法构造出三进制计数器，即QA与QB实现00-01-10-00的循环计数，其电路构造如下图所示：U1974LS161DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U20D74LS00DVCC5VGNDGNDV1200Hz5VGNDGNDVCC31293034图2三进制计数器原理图3.3译码与显示驱动模块的设计译码与显示驱动模块的设计译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，提供6个尾灯控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，相应指示灯点亮。因此，译码与显示驱动电路可用74LS138（其管脚图和真值表如图3.4.1和表3-3所示）、6个与非门和6个反相器构成。如图3.4所示，译码器74LS138的输入端C、B、A分别接C、Q1、Q0。当图中G1=F=1、C=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯洛阳理工学院课程设计报告9D3、D2、D1对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D3、D2、D1依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当图中G1=F=1、C=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D4、D5、D6对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D4、D5、D6依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当图中G1=0，F=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，指示灯全部熄灭；当图中G1=0，F=CP时，所有指示灯随CP的频率闪烁。实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。图3.74LS138芯片管脚图表374LS138真值表洛阳理工学院课程设计报告10图4译码及显示驱动电路3.43.4尾灯状态显示模块的设计尾灯状态显示模块的设计如图3-1所示，其显示驱动电路由6个发光二极管和6个反相器构成；当汽车正常行驶时D1-D6均处于熄灭状态；当汽车向左转弯时，左边的D1-D3依次点亮（按照所设定的频率），右边的D3-D6处于熄灭状态；当汽车向右转弯时，右边的D3-D6依次点亮，左边的D1-D3处于熄灭状态；当汽车临时刹车时，D1-D6同时随CP的频率闪烁。其电路图如下：洛阳理工学院课程设计报告11U3A74LS00DU4B74LS00DU5C74LS00DU6D74LS00DU5D74LS00DU4D74LS00DU11B74LS04DU10B74LS04DU10C74LS04DU10D74LS04DU10E74LS04DU10F74LS04D345678LED19LED210LED311LED412LED513LED614R1200R2200R3200R4200R5200R6200151617181920VCC5VVCC27图5尾灯显示电路洛阳理工学院课程设计报告12第4章电路仿真测试当汽车正常运行时，S1=S0=0使G=0A=1，74LS138的输出端全为1，G6-G1的输出端也全为1，指示灯全灭灯。U174LS161DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U274LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5U3A74LS00DU4B74LS00DU5C74LS00DU6D74LS00DU5D74LS00DU4D74LS00DU7C74LS00DU3B74LS00DU3C74LS00DU8A74LS86DU9A74LS10DU10A74LS04D2U11B74LS04DU10B74LS04DU10C74LS04DU10D74LS04DU10E74LS04DU10F74LS04D345678LED19LED210LED311LED412LED513LED614R1200R2200R3200R4200R5200R620015161718192021222324252628293031VCC5VVCCGNDGND32GNDVCC5VVCC5VGNDR7200VCCJ1Key=A34J2Key=SGNDGNDGNDR820036VCC5VVCC271C110nFGNDGND3338C2100nF35GNDU13LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R95.1kR101kKey=A50%VCC37图6汽车正常行驶时电路图当汽车左拐时，S1=1S0=0时，使得A=G=174LS138对应的输出端4Y、5Y、6Y依次为0有效，即反相器G4-G6的输出端依次为0，故指示灯D4D5D6按顺序点亮，示意汽车左转弯洛阳理工学院课程设计报告13U174LS161DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U274LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5U3A74LS00DU4B74LS00DU5C74LS00DU6D74LS00DU5D74LS00DU4D74LS00DU7C74LS00DU3B74LS00DU3C74LS00DU8A74LS86DU9A74LS10DU10A74LS04D2U11B74LS04DU10B74LS04DU10C74LS04DU10D74LS04DU10E74LS04DU10F74LS04D345678LED19LED210LED311LED412LED513LED614R1200R2200R3200R4200R5200R620015161718192021222324252628293031VCC5VVCCGNDGND32GNDVCC5VVCC5VGNDR7200VCCJ1Key=A34J2Key=SGNDGNDGNDR820036VCC5VVCC271C110nFGNDGND3338C2100nF35GNDU13LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R95.1kR101kKey=A50%VCC37图7汽车左转弯时电路图当汽车右拐时，S1=0S0=1时，使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LS138对应的输出端0Y1Y2Y依次为0有效(4Y5Y6Y信号为“1”无效)，即反相器G1-G3的输出端也依次为0，故指示灯D1D2D3按顺序点亮示意汽车右转弯。洛阳理工学院课程设计报告14U174LS161DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U274LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5U3A74LS00DU4B74LS00DU5C74LS00DU6D74LS00DU5D74LS00DU4D74LS00DU7C74LS00DU3B74LS00DU3C74LS00DU8A74LS86DU9A74LS10DU10A74LS04D2U11B74LS04DU10B74LS04DU10C74LS04DU10D74LS04DU10E74LS04DU10F74LS04D345678LED19LED210LED311LED412LED513LED614R1200R2200R3200R4200R5200R620015161718192021222324252628293031VCC5VVCCGNDGND32GNDVCC5VVCC5VGNDR7200VCCJ1Key=A34J2Key=SGNDGNDGNDR820036VCC5VVCC271C110nFGNDGND3338C2100nF35GNDU13LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R95.1kR101kKey=A50%VCC37图8汽车右转时电路图当汽车刹车时，S1=S0=1时，G=0，A=CP，指示灯随CP的频率闪烁。洛阳理工学院课程设计报告15U174LS161DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U274LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5U3A74LS00DU4B74LS00DU5C74LS00DU6D74LS00DU5D74LS00DU4D74LS00DU7C74LS00DU3B74LS00DU3C74LS00DU8A74LS86DU9A74LS10DU10A74LS04D2U11B74LS04DU10B74LS04DU10C74LS04DU10D74LS04DU10E74LS04DU10F74LS04D345678LED19LED210LED311LED412LED513LED614R1200R2200R3200R4200R5200R620015161718192021222324252628293031VCC5VVCCGNDGND32GNDVCC5VVCC5VGNDR7200VCCJ1Key=A34J2Key=SGNDGNDGNDR820036VCC5VVCC271C110nFGNDGND3338C2100nF35GNDU13LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R95.1kR101kKey=A50%VCC37图9汽车临时刹车时电路图整个电路的设计基本上完成了实验要求，达到了实验目的，实现了左转、右转、刹车的各项功能。但是尾灯电路中还有个别细节可以优化，比如：我们将K1和K2接在一个与门上，输出端接到74LS161的CLEAR端，当K1与K2都断开，则CLEAR为低电平，计数器不工作，而当转向灯开关打开（即K1K2有一个接通）时，CLEAR端为高电平，此时计数器开始工作，这样就可以让左转与右转时总是充中间的灯往两边循环点亮，而不是随机的点亮；实际中，当我们打开转向灯开关时，要求转向灯立即开，而不能有时间等待，所以在做译码电路时，我们要把计数器为00的状态时译成中间的灯亮，这样在实际中可以提高交通信号灯的安全系数等。洛阳理工学院课程设计报告16总总结结为期1周的课程设计很快就结束了，总的说来收获不小，不能说是一帆风顺，但是也在动脑设计和动手操作上面学习到了课本上学不到的知识。从开始的对课题的一无所知到逐步了解并逐步分析设计每个单元电路，从中我学到了很多东西，让我收获颇多，理论与实践的结合更加深了理论的理解。我认为课程设计所要起到的作用就是将所学的理论知识应用于实践，并通过实践找到理论与实践的误差，进一步理解理论的实用性。本次课程设计中，我们这一小组的课题是：汽车尾灯控制电路的设计