西电数电大作业设计2Word格式文档下载.docx
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设计一个汽车尾灯控制器，实现对汽车尾灯状态的控制。
设计要求：
在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（假定用发光二极管模拟），根据汽车运行的状况，指示灯需具有四种不同的状态：
①汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯处于熄灭状态。
②汽车向右转弯行驶时，右侧的三个指示灯按右循环顺序点亮③汽车向左转弯行驶时，左侧的三个指示灯按左循环顺序点亮④汽车临时刹车时，左右两侧指示灯处于同时闪烁状态
2.2设计思路与构想
总体设计思路与构想：
初步确定本次设计实验分为三个步骤进行：
第一步设计出秒脉冲电路，第二步设计三进制电路，第三步控制开关的状态组合。
2.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系
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
K2
K1
D1D2D3
D4D5D6
左转弯
灯灭
按D4、D5、D6顺序循环点亮
1
右转弯
按D3、D2、D1顺序循环点亮
临时刹车
所有尾灯同时闪烁
正常运行
2.2.2汽车尾灯控制器功能描述
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
K0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
001
010
100
000
cpcpcp
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。
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5部分组成。
3、单元电路设计
3.1秒脉冲电路的设计
3.1.1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，但由于尽量和课堂知识联系起来，所以没有采用此电路。
3.1.2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3.1555定时器的引脚图
图3.1555定时器的引脚图
由于本次实验对脉冲的要求不高，同时根据实验要求，只要设计出一个频率为1Hz的秒脉冲即可。
此时采用简单的由555构成的多谐振荡器，电路原理如图3.2所示。
图3.2用555制作脉冲发生器的原理图
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，开关K3开关与码器74LS139使能输入端G相连接。
由总体逻辑功能可知，K0开关和K1关控制变量，K1、K0以及时钟脉冲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
电路工作状态
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D4、D5、D6在译码器输出作用下顺序循环点亮）
汽车右转弯行驶（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，右侧尾灯D1、D2、D3在译码器输出作用下顺序循环点亮）
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）
汽车正常行驶（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）
根据K0与K1逻辑表达式，可画出开关控制电路。
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3.2所示。
表3.2三进制计数器的状态表
计数器状态
Q1
Q0
000
方案：
由D触发器构成的三进制计数器：
三进制计数器可由四一片双D触发器的74LS194芯片来实现电路。
（74194芯片引脚图如图3.3.1所示）74LS194引脚图，利用74LS194功能表如图3.3.2所示。
三进制计数器如图3.3.3和3.3.4所示。
图3.3.174LS194引脚图
图3.3.274LS194功能表
图3.3.4三进制计数器实现循环左移
图3.3.5三进制计数器实现循环右移
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：
在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，输出4个相应的编码来控制4种状态：
汽车正常行驶，汽车右转弯行驶，汽车左转弯行驶，汽车临时刹车。
3.4.1图中，译码器74LS139输入端A、B、G分别接K0、K1、K3。
G为译码器的使能端，低电平有效，当图中K0=K1=0，G=0，译码器输出依次为0111，将Y0控制左移位寄存器的S0端，从而使指示灯D1、D2、D3依次顺序点亮，示意汽车左转弯；
3.4.2当图中K0=0，K1=1时，G=0时，译码器输出依次为1011,将Y1用来控制右移位寄存器的S1端，从而使指示灯D4、D5、D6依次顺序点亮，示意汽车右转弯；
3.4.3当图中K0=1，K1=0时，G=0，译码器输出为全1101，将Y2端取反为高电平来打开脉冲信号，其他组合下脉冲是关闭的，小灯只受移位寄存器的控制，最后再与6个小灯相或，使所有指示灯随cp的频率闪烁。
3.4.4当图中K0=1，K1=1时，两个移位寄存器保持置数状态，所以D1，D2，D3，D4，D5，D6全部为熄灭状态。
表3.4为74LS139译码器的功能真值表。
74LS139译码器接法如图3.4.1所示。
74LS139控制译码显示电路如图3.4.2。
图3.4.174LS139码器引脚图
表3.374LS139能表
图3.4.274LS139控制译码显示电路
3.5尾灯状态显示电路的设计
尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个或门组成，图3.8中，6个或门的另一端接与门U8A的输出端。
图3.5尾灯状态显示电路
4、电路仿真与分析
4.1电路仿真总电路图
图4.1汽车尾灯控制器电路原理图
4.2汽车尾灯控制器电路的工作原理
其工作原理图如图4.1所示，经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以图4.1汽车尾灯控制器电路原理图
将电路分为以下几部分：
首先，通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给移位寄存器构成的三进制计数器和尾灯的闪烁。
K0、K1分别接到74LS139的A、B上，通过译码器用于产生四组编码0111、1011、1101、1110，控制汽车尾灯的四种状态。
编码0111来控制左边那片74LS194，由功能表可知当S0=0，S1=1时则D1,D2，D3循环闪烁左移，则Y0来控制S0端来实现，另一片74LS194用编码1011中的Y1控制S1端来实现D1,D2，D3循环闪烁右移。
其次，将编码1101中的Y2端和脉冲信号相与，在和74LS194输出端相或，此时两片移位寄存器的S0=1，S1=0则两片都处于置数状态，即D1，D2，D3,D4，D5，D6都为零，尾灯只受脉冲信号的控制而不断的闪烁。
最后当编码为1110时，则两片74LS194的S0与S1都为1，同时Y2=0，将脉冲信号关闭。
则尾灯全部熄灭。
4.3参数计算与器件选择
4.3.1电容：
考虑到市场上电容值较少，本次课设中涉及到的电容直接给它定值，C1=10uF，C2=10uF。
4.3.2电阻：
1．秒脉冲部分的电阻：
由于f为1Hz左右适合观察即可，根据公式：
f=1.44/C（R1+2R2），所以选取R1=44kΩ，R2=50kΩ，C1=10μF。
2．发光二极管上拉电阻：
由于红色发光二极管的压降为2.5V左右，而电源电压才5V。
为了使二极管发光强度达到要求，上拉电阻不能太大，大约10Ω左右。
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