PTL数电课程设计汽车尾灯 显示电路

课程设计任务书题目:汽车尾灯显示控制电路设计初始条件：汽车尾灯控制电路由四部分组成，控制电路、时钟发生电路、逻辑开关及逻辑电平指示。（1）转弯信号是四状态计数电路，可由小规模触发器构成，也可由中规模计数器构成。（2）时钟产生电路，可由555定时器构成1Hz信号和50Hz信号（用于停车时，尾灯亮度为正常一半）。要求完成的主要任务:设计构成一个控制汽车六个尾灯的电路，用六个指示灯模拟六个尾灯（汽车尾部左右每侧三个灯），并用两个拨动式（乒乓）开关作为转弯信号源；一个兵乓开关用于指示右转弯，一个乒乓开关用于指示左转弯，如果两个乒乓开关都被接通，说明驾驶员是一个外行，紧急闪烁器起作用。右转弯时三个右边的灯应动作，左边的灯则全灭，右边的灯周期性明亮与暗，一周约需一秒，对于左转弯，左边灯的操作应相类似；当紧急闪烁起作用时，六个尾灯大约以1Hz的频率一致地闪烁着亮与暗。同时，电路还用一个开关模拟脚踏制动器，制动时，若转弯开关未合上（或错误地将两个开关均合上的情况）所有六个尾灯均连续燃亮，在转弯的情况下，三个转向的尾灯应正常动作，另三个尾灯连续亮。另一个开关模拟停车，停车时，全部尾灯亮度为正常的一半。时间安排：第17周（7、8节）：理论讲解，新1-02第18～19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17楼研究室。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 3Abstract 41设计任务及要求 51.1设计任务 52电路设计原理分析 62.1设计电路框图 62.2汽车工作状态分析 63各部分电路方案的选取及认证 83.1秒脉冲电路的设计 83.2开关控制电路的设计 83.3三进制计数器电路的设计 103.4译码与显示驱动电路的设计 144完整电路图 175仿真结果分析 185.1时钟脉冲电路 185.2开关控制电路 195.3三进制计数电路 205.4译码与显示驱动电路 215.5汽车尾灯控制电路 22附录一主要元器件 26附录二主要参考文献 27摘要随着经济的发展，汽车越来越被人们所需要，而由此也引发了一系列的问题。比如，因为汽车的突然转向所引发的车祸经常出现。如果汽车转弯可以通过尾灯状态的变化来确定就可以提示司机、行人朋友们车子正在转弯，一定程度的避免车祸的发生。本文是关于汽车尾灯控制电路的设计，根据汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，分析并设计电路。整个电路由模式控制电路，三进制计数器，译码与显示驱动电路，尾灯状态显示4部分组成。分析了使能控制信号与模式控制变量、时钟脉冲的关系，运用J—K触发器、3—8译码器等实现了根据汽车的运行状态，指示灯显示4种不同的模式。本文详细的介绍了电路的设计思路及其实现过程，包括了整个设计流程。关键字：模式控制电路;三进制计数器;J—K触发器；3—8译码器；AbstractWiththedevelopmentofeconomy,thecarbecomesmoreandmorepeopleneed,anditalsocausedaseriesofquestions.Forexample,becausethecarturnedsuddenlyhavecrashesoftenappear.Ifcarturncanthroughthetaillightsthechangeofstatetodeterminecantipdrivers,pedestriansfriendscaristurning,somedegreeofavoidtrafficaccidenthappen.Thispaperisaboutthedesignoftheoutsourcingcontrolcircuit,accordingtotheautomobiletaillightshowstatusandthecarrunningstateofrelations,analysisanddesigncircuits.Thewholecircuitbymodecontrolcircuit,ternarycounter,decodeanddisplaydrivercircuit,taillightscomposedoffourstatedisplay.Thatcancontrolsignalanalysisandmodelcontrolvariables,therelationshipbetweentheclockpulse,usingJ-Kflip-flop,3,8decoderisrealizedforcaroperationstate,accordingtofourdifferentkindsoflightsdisplaymode.Thispaperintroducedthedesignthoughtofthecircuitanditsimplementationprocess,includingthewholedesignprocess.Keyword:modecontrolcircuit;Ternarycounter;J-Ktrigger;3-8decoder;汽车尾灯显示控制电路设计1设计任务及要求1.1设计任务设计构成一个控制汽车六个尾灯的电路，用六个指示灯模拟六个尾灯（汽车尾部左右每侧三个灯），并用两个拨动式（乒乓）开关作为转弯信号源；一个兵乓开关用于指示右转弯，一个乒乓开关用于指示左转弯，如果两个乒乓开关都被接通，说明驾驶员是一个外行，紧急闪烁器起作用。暗亮图1.1.1尾灯闪烁器图1.1.1尾灯闪烁器右转弯时三个右边的灯应动作，左边的灯则全灭，右边的灯周期性明亮与暗，一周约需一秒，对于左转弯，左边灯的操作应相类似；当紧急闪烁起作用时，六个尾灯大约以1Hz的频率一致地闪烁着亮与暗。同时，电路还用一个开关模拟脚踏制动器，制动时，若转弯开关未合上（或错误地将两个开关均合上的情况）所有六个尾灯均连续燃亮，在转弯的情况下，三个转向的尾灯应正常动作，另三个尾灯连续亮。另一个开关模拟停车，停车时，全部尾灯亮度为正常的一半。2电路设计原理分析2.1设计电路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5部分组成，如图2.1所示。图2.1设计框图图2.1设计框图开关控制电路显示、驱动电路开关控制电路显示、驱动电路译码电路三进制计数器尾灯电路2.2汽车工作状态分析在不同工作状态下汽车的尾灯工作情况如下：（1）正常运行：六灯连续亮。（2）汽车左转：右灯全灭，左灯按上述要求周期性地闪亮。（3）汽车右转：左灯全灭，右灯按上述要求周期性地闪亮。（4）左右开关均闭合：六灯以1Hz的频率闪动。（5）汽车停车：六灯均亮且亮度为正常时的一半。在整个电路图中，设置五个开关，分别控制左转、右转、清零、停车、制动时的尾灯工作状态，汽车在左转时，右边三灯R1R2R3为：000，左边三灯L1L2L3为：000—100—110—111—000依次循环并以T=1s为周期，汽车右转时，左边的灯L1L2L3为：000，右边的灯R1R2R3为：000—100—110—111—000依次循环。在清零信号加入后L1L2L3R1R2R3为：000000。当停车和制动时L1L2L3R1R2R3为：111111。循环亮灯的部分可通过双向移位寄存器实现，本实验中采用的是两片74LS194，而六个尾灯可用六个发光二极管表示。其他控制部分的电路可通过逻辑门实现。控制变量K1K0汽车运行状态左侧的3个指示灯DL1DL2DL3右侧的3个指示灯DR1DR2DR300正向行驶熄灭状态熄灭状态01右转弯行驶熄灭状态按DR1DR2DR3顺序循环点亮10左转弯行驶按DL3DL2DL1顺序循环点亮熄灭状态11临时刹车左右两侧的指示灯在时钟脉冲CP作用下同时闪烁表一表一汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系控制变量K1K0计数器状态Q1Q0汽车尾灯DL1DL2DL3DR1DR2DR300dd000000010001100000000001000100011000011000101010000000000011ddCPCPCPCPCPCP表二表二汽车尾灯控制器功能表3各部分电路方案的选取及认证3.1秒脉冲电路的设计方案一：石英晶体振荡器

此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C的值无关。所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，但在实际实物实现中稳定性不够，频率调节精确度难以把握，所以没有采用此电路。

方案二：由555定时器构成的多谐振荡器

由555定时器构成的多谐振荡器。555定时器的管脚图如图3.1.1所示。由于555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。因此采用此方案。图3.1.2为由555定时器构成的多谐振荡器。图3.1.2多谐振荡器电路图3.1.2多谐振荡器电路图3.1.1555定时器管脚图3.2开关控制电路的设计设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为G和F，G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，F与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。由总体逻辑功能可知，G和F与开关控制变量，K1、K0以及时钟脉冲CP之间的关系如表三所示。模式控制K1K0时钟脉冲CP使能控制信号GF电路工作状态00d01汽车正向行驶（此时译码器不工作，译码器输出全部为高、显示驱动电路中的与非门输出均为低，反相器输出均为高，尾灯全部熄灭）01d11汽车右转弯行驶（此时译马码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，右侧尾灯DR1DR2DR3在译码器输出作用下顺序循环点亮）10d11汽车左转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，左侧尾灯DL1DL2DL3在译码器输出作用下顺序循环点亮）11CP0CP汽车临时刹车（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，时钟脉冲CP通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端，使左右两侧的指示灯在时钟脉冲CP作用下同时闪烁）表表三使能控制信号与模式控制变量、时钟脉冲的关系根据表三所示关系，可求出使能控制信号G和F的逻辑表达式为:(公式一)（公式二）由以上公式可得开关控制电路，如图3.2.1。图3.2.1开关控制电路图3.2.1开关控制电路3.3三进制计数器电路的设计三进制计数器的状态表如表四所示。现态Q1Q2次态Q1n+1Q0n+100011011011000dd表四三进制计数器状态表表四三进制计数器状态表方案一：由D触发器构成的三进制计数器

两个D触发器可由一片双D触发器7474芯片实现（7474芯片引脚图如图3.3.1所示），以及7400与非门和7404非门来实现此电路。

由于电路结构较之上一方案有点复杂，而且需要三个芯片（至少两个），成本较高，因此不采用此方案。

方案二：由J-K触发器构成的三进制计数器

由于电路中只需采用一片双J-K触发器7476芯片即可（7476芯片引脚图如图3.3.2所示，功能表如表五所示）。有两个74LS76组成，电源为5V直流电源。JK触发器为上升沿触发，两片芯片的K端均接高电平，第二片Q端为反馈端，当CLK到达亮电平时，即J-K触发器触发，J=-Q，输出Q2Q1值依次为：00；01；10三种状态。结果为二进制数的0，1，2。组成的三进制计数器电路如图3.3.3所示。方案三：16进制计数器74LS161构成芯片74LS161的引脚图如图3.3.4所示，功能表如表六所示。其组成的三进制计数器电路图如图3.3.5所示。图3.3.174LS74引图3.3.174LS74引脚图图3.3.图3.3.274LS76引脚图表五74LS76功能表.表五74LS76功能表图3.3.3三进制计数器电路一图3.3.图3.3.3三进制计数器电路一图3.3.374LS161引脚图图3.3.474LS161引脚图图3.3.474LS161引脚图表六74LS161功能表表六74LS161功能表图3.3.5三进制计数器电路二图3.3.5三进制计数器电路二方案选择：对方案二和方案三进行比较后可知，和方案二相比，方案三的电路相对简单且容易实现，所用的芯片数量较少且不需要经过复杂的设计过程即可实现电路所需的功能。本报告选择方案三。3.4译码与显示驱动电路的设计译码与显示驱动电路的功能是：在模式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为3—8线译码器74LS138（芯片74LS138引脚图如图3.4.1所示，功能表如表七所示）、6个与非门和6个反相器构成。当G=F=1、K1=0时，对应计数器状态Q1、Q0为00、01、10，译码器输出Y0、Y1、Y2依次为0，使得指示灯DR1、DR2、DR3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯DR1DR2、DR3依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当G=F=1、K=1时，对应计数器状态Q1、Q0为00、01、10，译码器输出Y4、Y5、Y6依次为0，使与指示灯DL3DL2`DL1对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯DL3—DL2—DL1依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当G=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G=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。译码显示电路如图3.4.2所示。图3.4.174LS138引脚图图3.4.174LS138引脚图表七74LS138功能表表七74LS138功能表图3.4.2译码与显示驱动图3.4.2译码与显示驱动电路4完整电路图图4.1汽车尾灯显示控制电路设计总电路图图4.1汽车尾灯显示控制电路设计总电路图5仿真结果分析本报告运用Multisim10仿真软件对部分电路进行了仿真。5.1时钟脉冲电路仿真电路如图5.1.1所示。.图5.1.1时钟脉冲仿真电路图5.1.1时钟脉冲仿真电路图5.1.2时钟脉冲电路仿真结果仿真波形结果如图5.1.2所示。图5.1.2时钟脉冲电路仿真结果由图16可知产生的脉冲频率约等于1HZ。5.2开关控制电路仿真电路如图5.2.1所示。图5.2.1开光控制仿真电路图5.2.1开光控制仿真电路仿真波形结果如图5.2.2所示。图5.2.2开关控制电路仿真结果图5.2.2开关控制电路仿真结果5.3三进制计数电路仿真电路如图5.3.1所示。图5.3.1三进制计数仿真电路图5.3.1三进制计数仿真电路仿真波形结果如图5.3.2所示。图5.3.2三进制计数电路仿真结果图5.3.2三进制计数电路仿真结果5.4译码与显示驱动电路仿真电路如图5.4.1所示。图5.4图5.4.1显示与译码驱动仿真电路仿真波形结果如所示。图5.4.2显示与译码驱动电路仿真结果图5.4.2显示与译码驱动电路仿真结果5.5汽车尾灯控制电路当汽车正常运行时，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。仿真结果如图5.5.1所示。图5.5.1正常运行时电路仿真图5.5.1正常运行时电路仿真当汽车左拐时，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→D5→D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。仿真结果依次如图5.5.2、图5.5.3、图5.5.4所示。图5.5.2指示灯D4图5.5.2指示灯D4亮图5.5.4图5.5.3图5.5.4图5.5.3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D1→D2→D3按顺序点亮示意汽车右转弯。仿真结果依次如图5.5.5、图5.5.6、图5.5.7所示。图5.5.5图5.5.5 图5.5.7图5.5.6图5.5.7图5.5.6当汽车刹车时，S1=S0=1时，G=0，A=CP，指示灯随CP的频率闪烁。仿真结果如所示。图5.5.8图5.5.8汽车刹车时电路仿真结果6收获、体会和建议这次的数字电路课程设计，是对我们这一学期学习数字电子技术知识的一次检测和考验。在这次课程设计中，通过到网上或图书馆中搜集资料，自己思考设计电路