汽车尾灯课程设计.doc

武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 石成 专业班级： 通信0701班 指导教师： 刘雪冬 工作单位： 信息工程学院 题 目: 汽车尾灯控制电路 初始条件：本设计基于数字电子技术基础实验，通过自行设计电路图并在电脑上利用Proteus软件进行仿真。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1）用6个发光二极管模拟6个汽车尾灯（汽车尾部左、右个3），用3个开关作为汽车拐弯控制信号。3个开关分别作为左拐弯灯、右拐弯灯、故障灯；2）当汽车正常直行时，6个汽车尾灯全灭；3）当汽车向右拐弯时，汽车右面3个尾灯从左到右顺序亮灭；4）当汽车向左拐弯时，汽车左面3个尾灯从右到左顺序亮灭；5）当汽车遇到故障时，汽车后面6个尾灯一起明、暗闪烁。时间安排：第17周（7、8节）：理论讲解，新1-02第1819周：理论设计及实验室安装调试；地点：鉴主15通信工程实验室（1），鉴主13通信工程专业实验室；第20周：撰写设计报告及答辩；地点：鉴主15楼研究室。指导教师签名： 年 月 日系主任签名： 年 月 日摘要前言伴随现代电子技术的发展，人们正处于一个信息时代，每天要从周围环境获取大量的信息，例如，电视、广播、印刷媒体等为人们报道世界范围内发生的各种事件。这些信息通常是通过我们的感觉器官（眼、耳等）进入大脑，并被存储下来，以作进一步的分析。数字电子技术几乎应用于每一电子设备或电子系统中。计算机、计算器、电视机、音响系统、视频记录设备、光碟、长途电信及卫星系统等，无一不采用数字系统。所以，掌握或具有一定的数字电子技术对我们工科类大学生来说是至关重要的。此次课程设计接近现实应用，将我们在课堂上的理论知识运用到实际生活当中。在设计的过程中，需要我们对理论知识理解透彻，对所需的各个电子元件熟悉了解以及具有化繁为简的总体设计思想。电子产品要求原理简单，造价成本低。因此，越简单的设计越能吸引制造商的眼球，越能满足生活要求。汽车的尾灯是其运行方式的最直接表示方式，令行人或其他车辆清晰明白它将要发生的动态变化。从而避免交通事故的发生。设计此电路要求严格符合交通规则，尾灯闪亮或熄灭准确，才不会让行人或其他车辆产生误解。protel99 SE 为模、数电画图软件；ISIS 为仿真软件。设计中会用到这两个软件，要求能熟练运用。AbstractAccompanied by the development of modern electronic technology, it is in an information age, every day from the surrounding environment to obtain a wealth of information, for example, television, radio, print media, such as around the world for people to report events. This information is usually through our sense organs (eyes, ears, etc.) into the brain, and store them for further analysis. Digital electronic technology used in almost every electronic device or electronic system. Computers, calculators, television sets, audio systems, video recording equipment, compact discs, long-distance telecommunications and satellite systems and so on, are all digital systems. Therefore,Master or a certain number of electronic technology for our type of engineering students is essential. The curriculum design applications closer to the reality that we in the classroom application of theoretical knowledge to practical life. In the design process, we need a thorough understanding of theoretical knowledge of the various electronic components required to become familiar with as well as to simplify the overall design thinking. Electronic products require simple, cost and low cost. Therefore, the simpler the design the more able to attract the eye manufacturers, the more able to meet the requirements of life. Taillights car is running the way that the most direct way to pedestriansOr other vehicles it will clearly understand the dynamic changes to occur. So as to avoid the occurrence of traffic accidents. The design of this circuit in line with the strict rules of the road, or out taillights flashing accurate, it will not let the pedestrians or other vehicles misleading. protel99 SE for the mold, the number of electrical drawing software; ISIS software for the simulation. The design of these two software will be used to require skilled to use.目 录摘要2Abstract31、设计目的 任务52.设计方案比较 选择 62.1总体设计思想62.2系统逻辑框图62.3设计方案的选择73.各单元电路功能说明93.1单元电路设计93.2整体电路工作原理124.运用protel设计电路134.1 应用protel设计的局部电路 134.2 全局电路 14 4.3 应用protel制作的印刷版电路155.电路的仿真16 5.1 Proteus界面下的电路图165.2部分仿真结果176.元器件清单227总结与体会238参考文献241、设计任务及要求1.1设计任务设计一个汽车尾灯控制电路，用6个发光二极管模拟汽车尾灯，即左尾灯（L1-L3）3个发光二极管；右尾灯（R1-R3）3个发光二极管。用两个开关分别控制左转弯尾灯显示和右转弯尾灯显示。当左转弯开关KL打开时，左转弯尾灯显示的3个发光二极管按右循环规律（L1L2L3L2L3L3全灭）显示。同样，当右转弯开关KR被打开时，右转弯尾灯与左转弯灯相同规律显示，但方向相反（R1R1R2R1R2R3全灭R1）。 图1 左转弯显示规律图1.2设计条件本设计基于数字电子技术基础实验，通过自行设计电路图并在电脑上利用Proteus软件进行仿真。1.3设计要求根据以上要求，要实现当左转弯开关KL打开时，左转弯尾灯显示的3个发光二极管按右循环规律（L1L2L3L2L3L3全灭L1L2L3）显示，如图1。同样，当右转弯开关KR被打开时，右转弯尾灯与左转弯灯相同规律显示，但方向相反。当KR和KL同时按下时，L1L2L3和R1R2R3均按时钟闪烁。可先用74138对开关信号译码来产生高低电平，再用74163来计数，最后把产生的数用逻辑器件来实现上述要求。根据不同的状态，绘制汽车尾灯和汽车运行状态表1如下：开关控制汽车运行状态右转尾灯左转尾灯 KR KLR1R2R3L1L2L3 0 0正常运行灯灭灯灭 0 1左转弯灯灭L1L2L3L2L3L3全灭L1L2L3 1 0右转弯R1R1R2R1R2R3全灭R1灯灭 1 1不正常随时钟闪烁随时钟闪烁2. 设计方案比较及选择2.1总体设计思想经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将电路分为以下几部分：首先，通过脉冲源产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给D触发器和刹车时的输入信号。3个D触发器用于产生三端输出的001、010、100的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信号。左转、右转的原始信号通过6个与门以及电键提供的高低电位信号，将原始信号分别输出到左、右的3个汽车尾灯上。这部分电路起到信号分拣的作用。分拣之后的信号通过或门，实现检查电键信号的之间选择。最终得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能。2.2系统逻辑框图：脉冲源D触发器逻辑电路周期为1秒的脉冲左转右转分拣电路左转右转原始信号左转电键右转电键转向信号与刹车、检查信号分拣电路分拣后的左转右转信号刹车电键检查电键发光二极管 图2 系统逻辑框图2.3 设计方案的选择在设计本电路时，一共考虑过三种方案。这三种方案的不同点在于产生001、010、100三种信号的方法不同。下面简单的介绍一下这三种方案：第一种方案：该方案通过74LS160计数器构成能产生01、10、11三种状态循环的信号，然后再通过逻辑电路将其转换成所需的001、010、100三种左转或右转的信号。设：74LS160输出的两位信号从高位到低位分别是B A，输出信号为Z Y X。则 经过的逻辑运算便可实现所需的功能。但是该方案在模拟时发现，由于计数器的竞争冒险的存在，使得尾灯在闪烁时总会出现不自然的中间过程。第二种方案：通过74LS194移位寄存器来产生001、010、100的三种状态信号。这种方案的实现方法比较简单，所以在此就不赘述了。第三种方案是用双J-K触发器74LS76构成三进制计数器，即本次设计采用的实现方案。列出尾灯与汽车运行状态表1开关控制汽车运行状态右转尾灯左转尾灯 KR KLR1R2R3L1L2L3 0 0正常运行灯灭灯灭 0 1左转弯灯灭L1L2L3L2L3L3全灭L1L2L3 1 0右转弯R1R1R2R1R2R3全灭R1灯灭 1 1不正常随时钟闪烁随时钟闪烁由于汽车左右转弯时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件（S1、S0、CP、Q1、Q0）的关系，即逻辑功能表如表2所示（表中0表示灯灭状态，1表示灯亮状态）。 汽车尾灯控制逻辑功能表2开关控制S1S0三进制计数器Q1Q0六个指示灯D6 D5 D4 D1 D2 D30 0 0 0 0 00 00 11 00 0 0 1 0 00 0 0 0 1 00 0 0 0 0 10 00 11 00 0 1 0 0 00 1 0 0 0 01 0 0 0 0 0 1CP CP CP CP CP CP 图3 汽车尾灯控制电路原理框图 3.各单元电路图及功能说明3.1单元电路设计三进制计数器电路可由双J-K触发器74LS76构成。汽车尾灯电路如图4所示，其显示电路有6个发光二极管构成；译码电路由3-8线译码器74LS138和6个与4非门构成。74LS138的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三进制计数器的输出端。当S1=0、使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LS138对应的输出端依次为0有效（信号为“1”无效），故指示灯D1D2D3按顺序点亮示意汽车右转弯。若上述条件不变，而S1=1，则74LS138对应的输出端依次为0，故指示灯D4D5D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。当G=0，A=1时，74LS138的输出端全为1，指示灯全灭灯；当G=0,A=CP时，指示灯随CP的频率闪烁。 图4 三进制计数电路开关控制电路。设74LS138和显示电路的使能端信号分别为G和A，根据总体逻辑功能表分析及组合得G、A与给定条件（S1、S0、CP）的真值表，如表3所示。由表3经过整理得逻辑表达式为 逻辑表3由上式得开关控制电路，如图所示。 图5 开关电路时钟信号源（CLK）设计：在本次实验中，汽车尾灯的闪烁快慢要由计数器74138产生的数的快慢来决定，即与时钟CLK的频率有关。在本次设计中，我想利用555定时器产生0.5kHZ的方波。设计计算公式：高电平时间： 低电平时间： 图6 555脉冲电路仿真波形以及连接图形如图 图7 仿真图形3.2整体电路工作原理汽车尾灯控制电路如图8所示，其显示驱动电路由6个发光二极管构成；译码电路由38线译码器74LSl38和6个与门构成。74LSl38的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三进制计数器的输出端。当S10，使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LSl38对应的输出端、依次为0有效(、信号为“1”无效)，反相器G1G3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。若上述条件不变，而S11，则74LSl38对应的输出端、依次为0有效，即反相器G4G6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。当G0，A=1时，74LSl38的输出端全为1，G6G1的输出端也全为1，指示灯全灭；当G0，ACP时，指示灯随CP的频率闪烁。CP脉冲源是由555电路构成的.开关电路控制A G的电平高低，从而控制计数电路的变化。整体电路图如下：图8 整体电路4.运用protel设计电路4.1 应用protel设计的局部电路图8 显示电路图9 开关控制电路图10 三级制计数电路4.2 全局电路图11 全局电路4.3 应用protel制作的印刷版电路 图13 PCB印刷电路5.电路的仿真本次课程设计应用的是Proteus 软件。Proteus 软件是由英国 Labcenter Electronics 公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史，在全球得到了广泛应用。Proteus 软件的功能强大，它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。5.1 Proteus界面下的电路图图14 整体电路图5.2 部分仿真结果图15 开关全部打开时波形图16 开关局部闭合时波形图17 开关局部闭合时波形图18 开关闭合打开时波形图19 开关全部闭合电路仿真图20 开关局部闭合电路仿真图21 开关局部闭合电路仿真图22 开关全部打开电路仿真图23 开关全部打开电路仿真6.主要元器件清单表4电阻200，译码器74LS138触发器74LS76发光二极管LED与非门74LS00非门74LS04开关Switch异或门74LS86电源若干555定时器NE5557.总结与体会通过这次汽车尾灯控制器的设计，使我学了不少知识。通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的,虽然花了很多的时间,但学到了很多东西.做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍,增强了自己对知识的理解,很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了.在课程设计的过程中,我想了很多种方案,对同一个问题(像计数器的接法)都想了很多种不同的接法,运用不同的芯片进行了比较,最后还是采取了上面的方法进行连接.在连线过程中,经常会遇到一