课程设计方向之星控制器设计15页docWord下载.docx
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一.内容提要
由电子电路设计一组灯饰，把它安装在小汽车的后窗上，用以提示小汽车的左转弯、右转弯、刹车等行车情况，该组灯饰叫“方向之星”。
二.设计内容及要求
1.正常直线行驶时,两排小灯不亮。
这时若紧急刹车（按键J）,左（右）排灯同时闪亮,速率1次/秒；
2.左转弯（按键L）时，左排灯（4个）依次向左闪亮；
这时若紧急刹车（按键J）,左排灯同时闪亮,速率1次/秒；
右转弯（按键R）时，右排灯（4个）依次向右闪亮；
这时若紧急刹车（按键J）,右排灯同时闪亮,速率1次/秒；
3.只要按键L、按键R同时按下，两排小灯不亮，但要设计一个声光提示电路，提示操作有误。
三.设计思路及原理
1.系统概述
分析以上设计任务，由于汽车正常运行、左转弯、右转弯、紧急刹车时，所有灯闪亮的次序和是否闪亮是不同的，首先执行操作时出现依次闪亮，闪亮速率是1次/秒；
说明发光二极管接收的是间隔时钟脉冲，需要利用由“555”定时器设置相应的时间间隔，可由选用的电阻、电容元件等调节使之达到1次/秒；
因为左右各有4支灯依次闪亮，需要使定时器输出端作用到4进制计数器；
4进制计数器可由74LS90连接成五进制计数器，利用清零方式去掉6个计数状态，即可实现4进制计数，利用模10计数器的第5个状态100产生清零信号。
然后是译码过程，使用74138译码器，74138的输出是低电平有效，经非门后，依次产生高电平来控制发光二极管的闪烁情况。
1
方案图
2．
单元电路设计、仿真与分析
多谐振荡器—输出脉冲信号源
脉冲发生电路图：
（1）
由555定时器内部结构知，2个比较器触发输入端6和2是接在一个端点上
2
并跟电容C连接，这个端点上的电位的变动，决定两个比较器的输出电平的情况，进而决定了RS触发器的输出状态。
电源经给电容C充电，当上升到时，==，输出电压为低电平，放电管T导通，电容C经和放电端7放电，开始下降，当下降到时，==，输出电压为高电平。
同时放电管T截止，放电端7断开，电源又经给电容C充电，使上升。
这样周而复始，电容电压形成了一个周期性充电放电的指数波形，输出电压就形成周期性的矩形脉冲。
充电时间：
=0.7C=0.7*1.5*1=1.05
放电时间：
4进制计数器：
（2）
4进制计数器可由74LS90芯片连接成五进制计数器，利用清零方式去掉6个计数状态，即可实现4进制计数，利用模5计数器的第5个状态100产生清零信号。
由555定时器提供触发信号，连接至14引脚，计数器进行翻转，从000-001-010-011，100作为清零信号使计数器回零，依次循环往复。
8、9引脚连接至译码器实现译码过程。
二进制译码器：
（3）
上图为74138的引脚图，该译码器有3个输入A、B、C，他们共有8种状态的组合，由二进制代码表示，即可译出对应的8个输出信号，输出信号为低电平有效，该译码器称为3线-8线译码器。
译码器设置了、和三个使能输入端，由功能表可知，当为1，且和均为0时，译码器处于译码状态。
在本例中因为只有4种输入组合，所以将输入端C置0，C、B、A依次输入为000、001、010和011；
依次实现—的低电平，输出低电平，实现逻辑功能。
如图示：
A、B由计数器提供触发信号，74138的15、14、13、12引脚按顺序输出低电平。
逻辑电路—发光二极管发光原理
（4）
上图为本例三个控制开关L、R、J；
图示开关状态为正常行驶时的状态；
a：
此时如果紧急刹车（按J），由于正常行驶时，J是与555定时器脉冲输出端相连的，定时器被隔断，电路中的计数器和译码器不能工作；
（5）
J逻辑开关断开后，555定时器的脉冲信号直接作用于与门逻辑，产生触发信号，如图所示[L]、[R]始终置高电平；
使得发光二极管与J开关及与门逻辑断开；
与门的输出完全由555定时器的输出脉冲决定，其输出信号直接作用于发光二极管的阳极，阴极接地。
所以发光二极管受脉冲信号控制左（右）排灯同时闪亮。
闪亮频率由555定时器决定，即1次/秒。
（6）
（7）
b：
左转弯时（按L），555定时器与74LS90计数器连接，脉冲信号作用于计数器和译码器，由译码器依次输出低电平信号；
输出信号经过4个非门逻辑依次输出一个高电平信号；
此时由于开关L接低电平，经过一个非门逻辑后变为高电平，与从译码器输出的高电平信号的一端经过与门输出为高电平，译码器输出地信号依次跳变，使得依次向左产生高电平信号并输出。
发光二极管的阴极接地，所以在阳极输入高电平的那一只二极管将闪亮，并依次向左闪亮。
此时，如果紧急刹车（按J），3个开关状态如图，R接高电平，J与计数器的连接断开，555定时器与R所连接的高电平作为下面4个与门的输入端；
与门的输出结果由555定时器的脉冲信号一致；
左边4个发光二极管阳极的电位同时跃变，阴极接地，同时闪亮。
频率1次/秒。
（8）
c：
右转弯时（按R），右排灯依次闪亮情况与左转弯时原理类似，方向依次向右；
紧急刹车时与左转弯紧急刹车时类似。
d：
误按时（同时按L、R），由它们分别通过非门后均输出高电平，再同时经过与非门输出低电平，作为译码器74LS138的6脚的输入；
置0后译码器输出全为1，经过非门后全为低电平，关闭与非门，输出全为低电平。
因此8个发光二极管不亮。
由L、R分别经过非门输出的高电平同时作为一个与门的输入端，与门的输出端接报警提示灯，提示灯此时变亮。
（9）
3．电路的安装与调试
现象记录：
正常行驶时，8个发光二极管一直亮；
左（右）转弯时，左（右）4个发光二极管一直亮；
左（右）转弯刹车时，左（右）4个发光二极管也一直亮；
误按L、R时，8个发光二极管一直亮。
原因分析：
在软件仿真过程中，芯片的输入管脚如果不接输入，相当于输入低电平，但在实际调试过程中，若不接，则相当于输入高电平。
解决措施：
输入管脚不用时不能悬空，需要输入低电平，即不用的管脚全部接地。
效果：
达到设计要求结果。
功能的测试方法：
模块安装然后分模块测试，用发光二极管测芯片各输出管脚的高低电平，验证模块的功能。
步骤：
（1）测试555定时器，将输出脉冲直接连接到发光二极管，观察发光二极管的闪亮情况，记录它是否闪亮以及闪亮频率。
（2）测试74LS90四进制计数器，8,9管脚直接接发光二极管的阳极（8管脚输出作为高电位），验证发光二极管是否依次循环闪亮（00-01-10-11-00）。
（3）测试74LS138译码器，12、13、14、15管脚输出接到4个发光二极管，观测到其中1个发光二极管依次循环熄灭。
即验证了译码器的功能。
（4）将完整电路连接好以后，控制开关的L、R、J的状态，观测所有发光二极管和报警指示灯是否符合设计的要求，如果不满足，再分部检查电路。
实物连接图：
（10）
四．心得体会及建议
经历了电子技术课程设计，不仅让我们锻炼了动手能力，更让我们体会到将学到的书本知识用于实践的收获和知识巩固的乐趣！
单纯的书本理论知识是不能帮助我们深刻理解事物的本质特征的，书本的知识往往忽略了误差因素和不确定因素的影响，在实际操作中我们必须考虑到这些影响；
比如在考虑延迟效应后为了维持脉冲频率在1次/秒，必须将电阻的阻值降低；
这只是其中一个例子。
在这次课程设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践。
在撰写课程设计报告中，如何将电路的原理及功能用语言严谨、完整的表达出来是一项艰巨的任务，将图表和文档搭配使用显得文章图文并貌！
其次我们培养出了团队的默契和深厚的友谊。
通过本次实验，最大的收获就是把书本与实践结合在一起，提高了动手能力。
学到了很多东西，懂得了团队合作的真正意义，对我以后的学习和工作帮助很大。
特别感谢指导老师对我们的指导和建议，使得我们在这次课程设计中获益匪浅！
希望在以后的课程设计中，实验室的器材能及时更新，避免有些组做到最后发现面包板是不能用的，重新做来不及；
不能保证质量的进行答辩，使每个人都对电路原理很清楚。
五．附录
附录一，元件明细表：
名称
规格和用途
数量
555定时器
组成多谐振荡器
1
74LS90
组成4进制计数器
74LS138
译码器
74LS00
2输入与非门
74LS08
2输入与门
5
74LS04
非门
电阻
1.5Mohm
1kohm
极性电容
1uF
二极管
发光二极管
8
小灯泡
提示信号
附录二：
电路完整原理图：
六．参考文献
[1]林红.《数字电路与逻辑设计》.清华大学出版社.2009.
[2]吴敏.《电工电子实验与仿真》.安徽人民出版社.
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