数字逻辑课程设计汽车尾灯控制电路.doc

汽车尾灯控制电路 课程设计说明书课程设计名称： 数字逻辑课程设计 课程设计题目： 汽车尾灯控制电路 学 院 名 称： 信息工程学院 专 业：计算机科学与技术 班级： 090453 学 号： 09045311 姓名： 段新锋 同 组 同 学： 段忠志 指 导 教 师： 叶臻老师 20 11 年 6 月 30 日 论文摘要 进行本次课程设计主要有两个目的，一是对数字逻辑这门课程的理论知识进行一次系统的梳理；二是锻炼自己将理论应用于实践的能力。针对以上目的，就要求做到，通过分析实际的需求提炼出相应的理论模型，进而再进行电路的设计，在之后的实际电路实现的过程中，还可以根据实际的需要对电路做出一些改进。 要实现汽车尾灯控制电路，就要对其合理的模块化划分，笔者将此控制电路划分为五大模块，分别是秒脉冲产生电路模块，开关控制电路模块，三进制计数器电路模块，译码与显示驱动电路模块，尾灯状态显示电路模块。将电路进行模块化的划分，只是为了连接电路的方便，便于电路检查，并不意味着其间不存在联系，在理论分析电路时一定要联系五个模块，不能将某个模块单独与整体电路进行分析。在分析电路之后，可以根据实际的需要，对设计电路进行一些改进。 关键字：汽车尾灯控制电路 译码显示电路 脉冲发生电路目录前言5第一章、设计要求与思想61.1 设计要求与目的61.2 设计思想概述6第二章、设计原理与方案72.1 设计原理72.1.1 汽车尾灯显示与汽车运行状态关系72.1.2 汽车尾灯控制电路功能描述72.1.3 设计原理框图82.2 设计方案92.2.1 方案一及其分析92.2.2 方案二及其分析10第三章、详细模块设计113.1 秒脉冲模块的设计113.2 开关控制模块的设计123.3 三进制计数器模块的设计143.4 译码与显示驱动模块的设计153.5 尾灯状态显示模块的设计17第四章、电路仿真与分析184.1 汽车正常行驶电路图与分析184.2 汽车左转时电路图与分析194.3 汽车右转时电路图与分析204.4 汽车刹车时电路图与分析21第五章、电路安装与调试22第六章、设计结论与体会23附录一 原件清单24附录二 电路连接故障诊断方法24附录三 电路中芯片管脚图25参考文献 26 前言随着现代科技和社会经济的发展，汽车已经逐步被广泛应用于人们的生产和生活。而对于汽车行驶安全的要求就显得尤为重要，通过科技的力量来改进汽车的性能已经成为主要的方向。而笔者立足于数字逻辑这门课程的知识体系，力求通过本学科的一些知识对汽车的尾灯显示电路进行模拟和做出一些分析改进。希望通过这次设计实践，达到两个目的，锻炼自己的动手实践能力，以及用已学的知识对汽车尾灯控制电路进行详尽的分析与模拟。 对于汽车尾灯控制电路这项课设，主要有三方面的要求：一是脉冲频率的要求（在实际电路连接过程中，笔者根据指导老师要求将固定频率改为可调频率）；二是汽车尾灯显示与汽车行驶状态要一一对应；三是汽车尾灯的显示要依次循环变亮。针对以上三项要求，我们设计了相应的模块。用555实现脉冲产生电路，其主要电路为一多谐振荡电路；通过译码电路（74LS161芯片）和开关控制电路（74LS00,74LS10，74LS86芯片）实现汽车尾灯与汽车行驶状态之间的对应；通过计数器电路（74LS161芯片）实现汽车尾灯依次并循环显示。在实践大型综合实验过程中，要尽量进行仿真操作以及模块化设计的思路。第一章 设计要求与思想1.1 设计要求与目的 汽车行驶时有正常行驶、左转、右转和刹车四种情况，设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）。（1） 汽车正常运行时指示灯全灭；（2） 汽车右转弯时，右侧3个灯按右循环顺序点亮；（3） 汽车左转弯时，左侧3个灯按左循环顺序点亮；（4） 汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁。1.2 设计思想概述电路有四种状态，即汽车正常行驶，向左转弯，向右转弯，临时刹车。要实现所要求的四种状态，对于要实现的四种状态，电路设计主要有三方面要求：一是脉冲频率的要求；二是汽车尾灯显示与汽车行驶状态要一一对应；三是汽车尾灯的显示要依次循环变亮。针对以上三项要求，我们设计了相应的模块。用555芯片实现脉冲产生电路，其主要电路为一多谐振荡电路；通过译码电路和开关控制电路实现汽车尾灯与汽车行驶状态之间的对应；通过三进制计数器电路实现汽车尾灯依次并循环显示。第二章 设计原理与方案2.1 设计原理2.1.1 汽车尾灯显示与汽车运行状态关系为了区分汽车尾灯的4种不同的显示模式，需设置2个状态控制变量。假定用开关K1和K0进行显示模式控制，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如表2-1所示。表2-1汽车尾灯和汽车运行状态开关控制汽车运行状态左转尾灯右转尾灯K2K1D1 D2 D3D4 D5 D600左转弯灯灭按D4、D5、D6顺序循环点亮01右转弯按D3、D2、D1顺序循环点亮灯灭10临时刹车所有尾灯同时闪烁11正常运行灯灭2.1.2 汽车尾灯控制电路功能描述在汽车左右转弯行驶时由于3 个指示灯被循环顺序点亮，所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出高电平，按要求顺序点亮3个指示灯。可得出描述指示灯D1、D2、D3、D4、D5、D6与开关控制变量K1、K0，以及时钟脉冲CP之间关系的功能表如表2-2所示（表中指示灯的状态“1”表示点亮，“0”表示熄灭）。 表2-2汽车尾灯控制器功能表控制变量汽车尾灯K0K1D1 D2 D3D4 D5 D6000 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 0010 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 010cp cp cpcp cp cp110 0 00 0 02.1.3 设计原理框图根据以上设计分析与功能描述，可以得出汽车尾灯控制器的结构框图，如下图所示。 图2.1.3结合以上设计分析与功能描述，在原假设设计思路和构想上，可得出汽车尾灯控制器的结构框图。整个电路可由秒脉冲电路、开关控制电路、三进制电路、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示五大模块组成。2.2 设计方案与分析2.2.1 方案一及其分析 图2.2.1CP脉冲直接用电路箱上脉冲（频率不可变）。2.2.2方案二及其分析 图2.2.2 此方案是对方案一的改进，主要将脉冲产生模块进行改进，应用555芯片与适当的可变电阻实现脉冲的产生与频率可调。第三章 详细模块设计3.1 秒脉冲模块的设计555定时器简介：555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发电路和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反向输入端的电压为2/3Vcc,A2的同相输入端的电压为1/3Vcc,若触发输入端TR的电压小于1/3Vcc,则比较器A2的输出为1，可使RS触发置1。，使输出端OUT为1。如果阙值输入端TH的电压大于2/3Vcc，同时TR电压大于1/3Vcc，则A1输出为1，A2输出为0，可将RS触发器置0，可使输出为0电平。下图为555定时器内部结构与引脚图：图3.1.1 内部结构结构图 图3.1.2引脚图 图3.1 .3 用555制作脉冲发生器的原理图如图为由555定时器构成的多谐振荡器。接通电源后，电容C被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，此时Vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使Vc下降。当Vc先讲到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。周期T为： 在实际电路中我们将R1改为1的可变电阻，以期达到频率可调的目的。3.2 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3-1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： 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： 图3.2.1 开关控制电路3.3 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3.2.2 74LS161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 CEP CET 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 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： 图3.3 三进制计数器原理图3.4 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D3、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3.4.1 74LS138芯片管脚图 表3-3 74LS138真值表 图3.4.2 译码及显示驱动电路3.5 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： 图3.5 尾灯显示电路第四章 电路仿真与分析4.1 汽车正常行驶电路图与分析（S1=A，S0=S） 当汽车正常运行时，S1=S0=0,使G=0,A=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。 图4.1 汽车正常行驶时电路图4.2 汽车左转时电路图与分析（S1=A，S0=S）当汽车左拐时，S1=1,S0=0时，使得A=G=1, 74LS138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 图4.2 汽车左转弯时电路图4.3 汽车右转时电路图与分析（S1=A，S0=S）当汽车右拐时，S1=0,S0=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0Y,1Y,2Y依次为0有效(4Y,5Y,6Y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。 图4.3 汽车右转时电路图4.4 汽车刹车时电路图与分析（S1=A，S0=S）当汽车刹车时，S1=S0=1时，G=0，A=CP，指示灯随CP的频率闪烁。图4.4 汽车临时刹车时电路图第五章 电路安装与调试电子电路的组装与调试在电子设计技术中占有重要位置。它是对理论设计进行检验、修改和完善的过程，任何一个新产品往往都是在安装、调试并反复改多次方能最终完成。组装电路时应注意以下几点：a、 所有元器件在组装前应尽可能全部测试一遍，以保证所用元器件均合格。b、 所有集成电路的组装方向要保持一致，以便于正确布线和查线。c、 组装分立元件时应使其标志朝上或朝向易于观察的方向，以便于查找和更换。对于有极性的元件，例如电解电容器、晶体二极管等，组装时一定要特别注意，切匆搞错。d、 为了便于查线，可根据连接线的不同作用选择不同颜色的导线。一般习惯是正电源用红色线、负电源用蓝色线、地线用黑色线、信号线用黄色线等。e、 连线尽量做到横平竖直。连线不允许跨接在集成电路上，必须从其周围通过。同时应尽可能做到连线不互相重叠、不从元器件上方通过。f、 为使电路能够正常工作与调测，所有地线必须连接在一起，形成一个公共参考点。 正确的组装方法和合理的布局，不仅可使电路整齐美观、工作可靠，而且便于检查、调试和排除故障。如果能在组装前先拟订出组装草图，则可获得事半功倍之效果，使组装既快又好。第六章 设计结论与体会通过一周来的课程设计实践，主要有以下几点总结和体会；这次设计是通过查阅各种资料、与同学讨论以及独立思考设计出来的。在设计过程中，用到了本学期所学过的同步计数器74LS161和译码器74LS138。因此，对它们的功能和运用有了更深一步的了解。同时通过Multisim软件对电路进行模拟仿真，从而使设计结果得到了验证。 通过这次课程设计环节，了解到模拟电路和数字电路之间的联系，对单元功能电路的理解和运用能力有了一定的提高。将理论与实践相结合，知识的价值才会真正体现出来。但将所学的知识合理有效的应用于实践中，是很艰难的。但是面对困难我们需要勇气和执着。如果缺乏勇气不能在挫折面前我们便会不知所措，不愿有所作为，这样是不会有进展的。一开始接触这样综合性的电路实验，心里很没底，不知从何处着手。但是通过指导老师的指点和查阅一些资料便能渐渐理清思路。另外还想提一下的就是Multisim的使用，开始的时候对multisim很不熟悉，但是摸索一段时间，我们还是能用用它来进行仿真设计的。当然要进行一项比较复杂的实践时，光有勇气还是不够的，更加需要执着地付出。我们组这次的前期设计过程是这样的：先是看懂范例，然后是设计自己的电路，最后仿真调试。这三个环节我们都花费了不少时间。这次的课程设计主要是关于数字电路的知识，譬如多谐震荡器的原理，其周期的计算，模式开关电路的设计，各种芯片（主要是74LS138和74LS161）的结构与功能等。这时需要静下心来复习，把电路的各个部分原理弄清楚。在查到的诸多设计电路图中基本的模块大同小异，通过对这些电路图的比较和分析，确定了以上列出的两种方案。两种方案的不同之处在于方案二的脉冲频率是可调的，它是在方案一的基础上进行改进而得到的（主要是指导老师在看了我们的前期演示后，认为直接使用电路箱上的脉冲频率固定，如果能够改进跟好），在设计可调频率脉冲过程中，我们应用555芯片和可变电阻进行搭配，构造出频率可调的脉冲发生器。基于以上所述，总的来说就是三点：一，端正态度，认真负责。要向对待理论学习一样，认真的参与课设实践，将理论联系实际，在实践中检验理论，升华理论知识。二，坚持付出，不惧失败。在实践活动中，我们可能会遇到各种各样的困难，经历很多失败，这是必然的，但面对困难与失败，我们要迎难而上，要有一股不出结果不罢休的精神。三，勇于创新，精益求精。现在进行这样的课设，我们可以查到很多资料，我们可以很好的利用，但要清楚一点，当我们在实践中发现可以改进的方面时，我们不要怕麻烦，要勇于改进，这样我们才能在实践中取得更大的进步。 附录一 原件清单表6.1元件清单名称规格数量电阻5.1K12008 0-1 K1电容0.01F10.22F1开关-2发光二极管红三个，绿三个6NE555/174LS161/174LS04/274LS138/174LS10/174LS00/3导线 /若干附录二 电路连接常见故障诊断方法 整机出现故障后，首先应仔细观察有无元器件出现过热痕迹或损伤情况，有无脱焊、短路、断脚和断线情况。然后采用静态查找和动态查找法。静态查找法就是用万用表测量元器件引脚电压、测量电阻值、电容漏电以及电路是否有断路或短路情况等。大多数故障通过静态查找均可诊断出结果。