数电课程设计实验报告

目录目录 汽车尾灯控制电路设计汽车尾灯控制电路设计 第第 1 章章 设计指标设计指标 3 设计指标设计指标 3 第二章第二章 系统概述系统概述 3 2 1 设计思想设计思想 3 2 2 可行性论证可行性论证 5 2 3 各功能的组成各功能的组成 5 2 4 总体工作过程总体工作过程 5 第三章第三章 单元电路设计与分析单元电路设计与分析 6 3 1 各单元电路的选择各单元电路的选择 6 3 2 设计及工作原理分析设计及工作原理分析 9 第四第四章 电路的组构与调试电路的组构与调试 9 4 1 遇到的主要问题遇到的主要问题 9 4 2 现象记录及原因分析现象记录及原因分析 9 4 3 解决措施及效果解决措施及效果 9 4 4 功能的测试方法 步骤 设备 记录的数据功能的测试方法 步骤 设备 记录的数据 9 第五章第五章 结束语结束语 9 5 1 对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明 9 5 2 总结设计的收获与体会总结设计的收获与体会 9 附图附图 电路图 电路总图电路图 电路总图 11 参考文献参考文献 11 第一部分 汽车尾灯控制电路设计第一部分 汽车尾灯控制电路设计 第第 1 章章设计指标设计指标 用 6 个发光二极管模拟汽车尾部左 右两侧的 3 个尾灯 用开关模拟左转 右转 刹车 倒车和检查控制 当汽车处于左转或右转状态时 左侧或右侧的 3 个汽车尾灯按照左循环或有循环的顺序以 1Hz 的频率依次轮流点亮 当刹车 键按下时 汽车所有的尾灯同时长亮 当倒车键按下时 汽车所有的尾灯以 1Hz 的频率闪烁 同时蜂鸣器以 0 5s 响 0 5 秒停的方式鸣响 4 个按键优先 级别最高为倒车 若转弯键和刹车键同时按下 转弯侧的灯轮流循环亮 另一 侧的灯长亮 若左转 右转按键同时按下 做刹车处理 第第 2 章章系统概述系统概述 2 1 设计思想 分析设计要求可知 电路主要根据三个按键对两组 6 个发光二极管进行控 制 发光二极管的点亮模式有 3 种 循环轮流点亮 闪烁 长亮 发光二极管循环轮流点亮采用的是计数器控制译码器实现电路 闪烁点亮 和蜂鸣器鸣响采用的是一定频率的脉冲信号控制 左右两组尾灯模式对称 所以采用的是相同的模式控制 每组尾灯有 3 路 输出 采用三进制计数器控制 2 4 译码器 74139m 实现 74139m 为高电平有 效 当使能无效时 74139m 的 4 个输出都为高电平 使能有效时 根据译码器 输入 B A 的码值 i 输出 Yi 为低电平 由表可见 采用 74149m 输出 Y0 Y2 方向后控制 3 个尾灯 当时能 G 有效 时 可有计数器控制译码器输入 B A 按 00 01 10 状态变化 则 3 个 尾灯轮流依次点亮 若使能 G 无效 译码器输出全为高电平 可采用逻辑门控 制发光二极管全亮或由倒车键选通脉冲信号控制发光二极管 74139m 逻辑功能 表如图 2 6 1 所示 表 2 6 1 2 4 译码器 74139m 功能表 输 入 G B A 输 出 Y0 Y1 Y2 Y3 L H H H H H L L L H H H H L H H L H H H H L H H L H H H H H H H L 采用 20Hz 至 20KHz 的音频脉冲信号控制蜂鸣器 可以使蜂鸣器鸣响 信号 频率越高 音调越高 本设计在倒车时 蜂鸣器以 0 5 秒间隔鸣响 可以在刹 车键按下时 通过逻辑门控制产生如图 2 6 1 的脉冲信号波形驱动蜂鸣器 尾 灯控制参考设计方案原理框图如图 2 6 2 所示 图 2 6 1 倒车时蜂鸣器控制波形 图 2 6 2 尾灯控制参考设计方案原理框图 图 2 6 3 汽车尾灯控制电路状态表 2 2 可行性论证 在汽车运行的过程中 驾驶司机通过尾灯通知后继车辆本人的意图 对于 维持正常的交通次序 保障人生安全具有极其重要的意义 所以设计出一个更 加科学 实际化的尾灯电路控制系统是十分有必要的 下面从 2 个方面论述本 设计的可行性 1 用按键控制 4 种状态 使司机在应急状态能够以最快速度通知其他司 机自己的行车意图 避免了脚踩刹车时的反应滞后 转弯时左右循环 让后继 车辆更加清晰明白前行车辆的意图 避免视觉失误 设计时还考虑优先级 最 高级别为倒车 转弯键和刹车键同时按下 转弯侧循环亮 另一侧灯长亮 若 同时按下左右转弯键做刹车处理 优先级别的设计更人性化的考虑了各种驾驶 时情况的变化 2 设计电路简单易于实现 适合于投入生产 整个设计采用 7 个 7490 级联实现 8 分频 再用一个 7490 和一个与门实现三进制计数 两个 74139m 译 码器分别控制左右循环 逻辑控制则采用门电路实现 不存在不可操作部分 3 电路的设计利用 Quartus 绘图 分析综合后下载到 LP 2900 装置上 通过编相应的引脚 实现效果 综上 本设计方案是可行的 2 3 各功能的组成 分频器采用 7490 芯片实现 用 7 个 7490 实现 10MHz 1Hz 共八个 10 倍分频 得到 1KHz 和 1Hz 的信号 用于实现不同频率信号的输入 倒车时需要交替选择 1KHz 和 1Hz 频率 可以用分频器实现 三进制计数器采用 7490 进行三进制计数电路设计 用异步清零使其变为三 进制计数器 QB QC 为输出 00 01 10 复位信号为 11 用于控制译码器的 两个输入 使左转 右转实现循环点亮 译码器采用 74139m 其中一个译码器的使能端控制左循环的逻辑信号控 制 另一个译码器额使能端控制右循环的的逻辑信号控制 逻辑控制部分则实现左边长亮电路 右边长亮电路 左边循环点亮电路 右 边循环点亮电路和蜂鸣器的选择 FPGA 开发装置用于实现设计 D 区的发光二极管 L13 L15 L20 L22 作为左 右两组尾灯 C 区的蜂鸣器实现倒车控制 整个电路实现 4 个功能 分别是左转 右转 刹车 倒车 左 右对称 以 左转为例 有分频器 三进制计数器 译码器 非门 与门 LED 灯组成 刹 车由与门 或门组成 倒车由分频器和与门实现 2 4 总体工作过程 左循环键按下时 分频器选择 1Hz 频率 计数器输出控制左循环译码器 循环点亮三个灯 右循环键按下时 分频器选择 1Hz 频率 计数器输出控制右 循环译码器 循环点亮三个灯 刹车键按下时时不选择频率 直接输入电平 六个灯同时长亮 倒车键按下时 交替选择 1KHz 和 1Hz 频率 蜂鸣器 0 5 秒间 隔响 左右尾灯均 1Hz 闪 左右键同时按下做刹车处理 刹车键和转弯键同时 按下 转弯侧尾灯循环点亮 另一侧长亮 第第 3 章章 单元电路设计与分析单元电路设计与分析 3 1 各单元电路选择 分频器 分频器用 7490 芯片实现 用 7 个 7490 实现 10MHz 1Hz 共八个 10 倍分频 得到 1KHz 和 1Hz 的信号 当计数器脉冲 CP 控制五进制计数器的时钟 CLKB 并 以五进制计数器的最高为输出 QD 控制二进制计数器的时钟 CLKKA 构成 5421BCD 码十进制计数器 输出码从高位到低位顺序为 QA QD QC QB 最高 为输出 QA 的占空比为 50 满足要求 设计图如下 仿真波形 计数器和译码器控制 采用 7490 进行三进制计数电路设计 用异步清零使其变为三进制计数器 QB QC 为输出 00 01 10 复位信号为 11 译码器采用 74139m 计数器的 输出控制译码器的两个输入 具体电路图如下 仿真波形 其中 inst4 译码器的使能端控制左循环的逻辑信号控制 inst5 译码器额使 能端控制右循环的的逻辑信号控制 74139m 高电平有效 所以要取反 左边长亮电路 右边长亮电路 左边循环点亮电路 右边循环点亮电路采 用逻辑门控制 a b c d 分别接对应的引脚 具体电路图如下 左边循环点亮电路 右边循环点亮电路分别接两个对应的译码器使能端 左边长亮电路 右边长亮电路的输出分别接对应的左右三个灯 蜂鸣器电路 用 1KHz 和 1Hz 进过与门控制蜂鸣器实现 0 5 秒间隔响 具体电路图如下 3 2 设计及工作原理分析 根据以上的设计分析与功能描述 整个控制电路可有模式控制 分频模块 三进制计数器模块 译码器模块 逻辑电路模块 4 部分组成 1KHz 和 1Hz 由 10MHz 通过 8 个 7490 构成是分频后级联而来 转弯时由计数器计数 其中 1Hz 经过分频产生三种状态 00 01 10 分别控制译码器的两个输入 实现循环点 亮 逻辑控制部分实现长亮和闪烁两种状态 每个灯由一个三输入或门控制 蜂鸣器只用 1KHz 和 1Hz 通过与门控制 按下每个功能键就可以实现功能 第第 4 章章 电路的组构与调试电路的组构与调试 4 1 遇到的主要问题 在电路的组构和调试过程中 遇到的主要问题有两个 转弯键按下时 左循环的一个 LED 灯长亮 左循环和右循环的循环方向一致 都往右边循环 4 2 现象记录及原因分析 转弯键按下时 左循环的一个 LED 灯长亮 原因是控制其闪烁的线连错 左循环和右循环的循环方向一致 都往右边循环 原因是引脚标号方向反了 4 3 解决措施及效果 从长亮的灯开始寻找错误 重新连线 将 L11 和 L13 顺序改变标引脚号 重新下载调试 达到预期效果 设计恢复正常 4 4 功能的测试方法 步骤 设备 记录的数据 首先分析综合后电路没有错误 标上引脚 下载到 FPGA 上 按下功能键 SW1 键按下时左边三个灯以 1Hz 频率左循环 SW2 键按下时右边三个灯以 1Hz 频 率右循环 SW3 键按下时六个 LED 灯长亮 SW4 键按下时六个 LED 灯以 1Hz 频率 闪烁 同时蜂鸣器以 0 5 秒间隔响 SW1 和 SW2 键同时按下时 六个 LED 长亮 SW1 和 SW3 键同时按下时左边三个灯以 1Hz 频率左循环 右边三个灯长亮 SW2 和 SW3 同时按下时右边三个灯以 1Hz 频率右循环 左边三个灯长亮 第第 5 章章 结束语结束语 5 1 对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明 优点是 基本实现了汽车运行中需要控制的各种情况 缺点是 行车时都是开关控制的 应该设计电路消除机械振动带来的影响 设计电路较复杂 是否可以考虑用 3 8 译码器实现 设计时间过短 无法改进 电路 难以达到理想效果 5 2 总结设计的收获与体会 这次电路设计的完成是我们几个同学通过查阅资料和讨论 再加上老师的 指导完成的 大家都花了很多的心思 我们几个人有好几天都是呆在实验室的 虽然不是我一个人设计出来的 但是我发现自己在参与其中的时候学到了很多 卡诺入的化简使的电路的输出更加清晰 起初 如何分频选择是一个难题 在 查阅了书本之后 我们试着级联 7 个十分频电路 构成一个输入 7 个输出的 电路 成功后大家都很兴奋 三进制计数器的设计是对上学期