13数字电子课程设计.docx
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13数字电子课程设计
2014~2015学年第二学期
《数字电子技术基础》
课程设计报告
题目：
汽车尾灯控制电路
专业：
班级：
姓名：
指导教师：
电气工程系
2015年5月12日
1、任务书
课题名称
指导教师（职称）
执行时间
2014~2015学年第二学期第14周
学生姓名
学号
承担任务
方案设计、总原理图的绘制及仿真
左转弯电路设计
右转弯电路设计及计算
刹车电路设计
汽车后退电路设计
汽车晚上行驶及答辩
设计目的
1、让我们能过进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试方法，增加集成电路应用知识，培养我们的动手能力以及分析、解决问题的能力。
2、让我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型数字系统的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。
通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后的工程实践奠定基础。
设计要求
设计一个汽车尾灯控制电路，汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）：
1、当汽车正常行驶时指示灯全灭；
2、在右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮（R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1），时间间隔0.5S（采用一个2Hz的方波源）；
3、在左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮（L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1）；
4、在临时刹车或检测尾灯是否正常时，所有指示灯同时点亮（R1R2R3L1L2L3点亮）；
5、当汽车后退的时候所有尾灯循环点亮；
6、当晚上行车的时候汽车尾灯的最后一个灯一直点亮。
摘要
随着经济的发展，汽车越来越被人们所需要，而由此引发了一系列问题。
比如，因为汽车突然转向引起的车祸经常发生。
如果汽车转向可以通过尾灯的状态变化来却低，就可以提示司机、行人朋友们车子正在转弯，一定程度上可以避免车祸的发生。
因此，本方案设计一个“汽车尾灯控制电路”。
“汽车尾灯控制电路”作为电子技术基础课程设计的一个时间，利用74LS138N、74162N、与门、非门、或门、电阻以及开关等搭建电路。
可以很好的综合我们所学的数字电子技术基础和模拟电子技术基础知识，他的只要特点是电路简单易懂，防干扰能力强。
本次设计主要有六部分组成，通过尾灯的亮灭情况可以清楚的告知他人汽车将发生什么动态变化。
关键词：
数字电路尾灯设计
目录
1、任务书2
摘要3
关键词：
数字电路尾灯设计3
第一章5
1.1设计原理5
第二章6
2.1时钟信号源（CLK）设计6
2.1.1设计说明6
2.1.2设计计算公式6
第三章8
3.1汽车正常行驶8
3.2汽车左转弯8
3.3汽车右转弯8
3.4汽车临时刹车/检查尾灯9
3.5汽车后退9
3.6汽车晚上行驶9
第四章10
4.1汽车左转弯的仿真10
4.2汽车左右转弯仿真12
4.3汽车左右转弯和刹车仿真14
4.4汽车左右转弯、刹车/检测和后退仿真16
4.5汽车左右转弯、临时刹车/检测、后退和晚上行驶仿真17
4.6总原理图19
第五章心得体会20
参考文献21
附录22
答辩记录…………………………………………………………………………………………..23
第一章
1.1设计原理
分析任务书中的设计要求可知，由于汽车正常行驶、右转弯、左转弯、临时刹车或检测车尾灯、汽车后退、晚上行车时，所有尾灯点亮的次序和是否点亮是不同的，所以用74LS138译码器对输入信号进行译码，从而得到一个低电平输出，再由这个低电平控制一个计数器74162N，计数器输出为高电平时，对应相应的尾灯点亮（这里直接用Multisim中的功率元件“Probe”模拟即可），从而控制汽车尾灯按要求点亮。
根据每种运行状态下，各指示灯与给定条件间的关系，即逻辑功能表1所示。
汽车尾灯控制电路设计总体框图如图1所示。
汽车尾灯和汽车运行状态表1-1
开关控制
汽车运行状态
左转尾灯
右转尾灯
S2S1S0
L1,L2,L3
R1,R2,R3
000
正常行驶
灯灭
灯灭
001
右转弯
灯灭
按右循环顺序点亮
010
左转弯
按左循环顺序点亮
灯灭
011
临时刹车/检测
所有尾灯同时点亮
100
汽车后退
所有尾灯按顺序点亮
101
晚上行车
L3和R3点亮
图1.1汽车尾灯控制电路设计总体框架图
第二章
2.1时钟信号源（CLK）设计
2.1.1设计说明
由于汽车尾灯的点亮是给人的不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率，但是频率也不能太小，所以我们在设计的时候是采用555定时器设计的一个脉冲产生源，占空比约为50%，它产生的频率f约为2Hz。
然后通过计数器就能控制汽车尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为0.5S，这样就能让人很清楚地明白汽车尾灯的动作宜采取相应的动作从而避免交通事故。
2.1.2设计计算公式
（a）高电平时间：
低电平时间：
占空比：
频率：
（b）具体电路图及仿真波形：
如下图在Multisim13.0里仿真时的实际电路。
其中端口OUT为输出端，使用的时候只要将输出端口接到CLK端即可。
图2.1.2（a）时钟信号源原理图
图2.1.2（b）时钟信号源仿真波形
第三章
实现的主要功能是通过开关控制从而实现汽车尾灯的点亮方式。
根据表1-1，具体实现如下：
3.1汽车正常行驶
当S2S1S0=000时，汽车处于正常行驶状态，尾灯完全处于熄灭状态，所以通过74LS138译码后为“11111110”，不做任何处理。
3.2汽车左转弯
当S2S1S0=001时，汽车左转，所以汽车尾灯左面3个灯按照L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1…顺序点亮，具体实现是通过74LS138对“001”译码为“11111101”，然后通过译码后的低电平Y1通过一个非门控制计数器74162N的ENT和ENP端开始计数，从而控制尾灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）→0001（L1点亮）→0010（L1L2点亮）→0011（L1L2L3点亮）→0100（异步清零）→0000（全灭）…循环计数就实现了循环点亮这个过程。
由于计数脉冲是由555定时器产生的频率约为2Hz方波，所以循环点亮这个过程需要的时间约为0.5S*4.
3.3汽车右转弯
当S2S1S0=010时，汽车左转，所以汽车尾灯右面3个灯按照R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1→…顺序点亮，具体实现是通过74LS138对“010”译码为“11111011”，然后通过译码后的低电平Y2通过一个非门控制计数器74162N的ENT和ENP端开始计数，从而控制尾灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）→0001（R1点亮）→0010（R1R2点亮）→0011（R1R2R3点亮）→0100（异步清零）→0000（全灭）→…循环计数就实现了循环点亮这个过程。
由于计数脉冲是由555定时器产生的频率约为2Hz方波，所以循环点亮这个过程需要的时间约为0.5S*4.
3.4汽车临时刹车/检查尾灯
当S2S1S0=011时，汽车处于临时刹车或检查尾灯是否正常，所以汽车尾灯全亮，具体实现是通过74LS138对“011”译码为“11110111”，然后通过译码后的低电平Y3通过一个与非门直接控制所有的尾灯点亮。
3.5汽车后退
当S2S1S0=100时，汽车处于后退状态，后退时后的汽车所有尾灯按照转弯时后的顺序点亮尾灯。
具体实现是通过74LS138对“100”译码为“11101111”，然后通过译码后的低电平Y4通过一个与非门控制另外有一个计数器74162N的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为000（全灭）→0001（L1,R1点亮）→0010（L1L2;R1R2点亮）→0011（L1L2L3;R1R2R3点亮）→0100（异步清零）→0000→…循环计数就实现了循环点亮的这个过程。
由于计数脉冲是由555定时器产生的频率约为2Hz方波，所以循环点亮这个过程需要的时间约为0.5S*4.
3.6汽车晚上行驶
当S2S1S0=101时，汽车处于晚上行驶状态，此时汽车尾灯的左右两端的最后一个灯一直处于点亮（即L3,R3一直点亮）状态。
具体实现是通过74LS138对“101”译码为“11101111”，然后通过译码后的低电平Y4通过一个与非门直接控制L3,R3点亮。
第四章
主电路图的仿真：
4.1汽车左转弯的仿真
图4.1（a）汽车左转弯原理图
图4.1（b）汽车左转弯仿真图
仿真波形分析：
如图4.1（b）所示，当S2S1S0=010时，L1L2L3的变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000…，由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式是：
L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1…
当S2S1S0=000时，L1L2L3,R1R2R3恒为0000，所以所有的尾灯熄灭，与实际情况相符，所以正确。
4.2汽车左右转弯仿真
图4.2（a）汽车左右转弯原理图
图4.2（b）汽车左右转弯电路仿真图
仿真时，通道A接CLK信号，其余接输出信号（即小灯泡）
波形分析：
如图4.2（b）所示，当S2S1S0=001时，R1R2R3变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000→…，L1L2L3=000.由于输出高电平时尾灯点亮，所以尾灯点亮方式为：
R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1→…L1L2L3恒为熄灭状态；
当S2S1S0=010时，L1L2L3的变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000，由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式是：
L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1…
S2S1S0=000时，L1L2L3,R1R2R3恒为0000，所以所有的尾灯熄灭。
经过分析与实际情况相符，所以仿真正确。
4.3汽车左右转弯和刹车仿真
图4.3（a）汽车左右转弯和刹车电路原理图
图4.3（b）汽车左右转弯和刹车电路仿真
仿真时，两个示波器的通道A接CLK信号，其余三个通道分别接六个输出（即小灯泡后）。
当S2S1S0=011时，L1L2L3=111,R1R2R3=111（高电平），所以所有尾灯点亮；
当S2S1S0=001时，R1R2R3变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000→…，L1L2L3=000.由于输出高电平时尾灯点亮，所以尾灯点亮方式为：
R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1→…L1L2L3恒为熄灭状态；
当S2S1S0=010时，L1L2L3的变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000→…，由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式是：
L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1→…
S2S1S0=000时，L1L2L3,R1R2R3恒为0000，所以所有的尾灯熄灭。
经过分析与实际情况相符，所以仿真正确。
4.4汽车左右转弯、刹车/检测和后退仿真
图4.4（a）汽车左右转弯、刹车/检测和后退电路原理图
图4.4（b）汽车左右转弯、刹车/检测和后退电路仿真
仿真时，两个示波器的通道A接CLK信号，其余三个通道分别接六个输出（即小灯泡后）。
当S2S1S0=100时，L1L2L3,R1R2R3变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000→…，所以尾灯点亮方式是：
全灭→L1R1点亮→L1R1L2R2点亮→L1R1L2R2L3R3点亮→全灭→L1R1点亮→…
当S2S1S0=011时，L1L2L3=111,R1R2R3=111（高电平），所以所有尾灯点亮；
当S2S1S0=001时，R1R2R3变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000→…，L1L2L3=000.由于输出高电平时尾灯点亮，所以尾灯点亮方式为：
R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1→…L1L2L3恒为熄灭状态；
当S2S1S0=010时，L1L2L3的变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000→…，由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式是：
L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1→…
S2S1S0=000时，L1L2L3,R1R2R3恒为0000，所以所有的尾灯熄灭。
经过分析与实际情况相符，所以仿真正确。
4.5汽车左右转弯、临时刹车/检测、后退和晚上行驶仿真
图4.5（a）汽车左右转弯、临时刹车/检测、后退和晚上行驶电路原理图
图4.5（b）汽车左右转弯、临时刹车/检测、后退和晚上行驶电路仿真
仿真时，两个示波器的通道A接CLK信号，其余三个通道分别接六个输出（即小灯泡后）
当S2S1S0=101时，L1L2L3=001,R1R2R3=001，所以L3和R3点亮。
当S2S1S0=100时，L1L2L3,R1R2R3变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000→…，所以尾灯点亮方式是：
全灭→L1R1点亮→L1R1L2R2点亮→L1R1L2R2L3R3点亮→全灭→L1R1点亮→…
当S2S1S0=011时，L1L2L3=111,R1R2R3=111（高电平），所以所有尾灯点亮；
当S2S1S0=001时，R1R2R3变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000→…，L1L2L3=000.由于输出高电平时尾灯点亮，所以尾灯点亮方式为：
R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1→…L1L2L3恒为熄灭状态；
当S2S1S0=010时，L1L2L3的变化顺序为：
0000→0001→0010→0011→0100→0000→…，由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式是：
L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1→…
S2S1S0=000时，L1L2L3,R1R2R3恒为0000，所以所有的尾灯熄灭。
经过分析与实际情况相符，所以仿真正确。
综上得知，次电路设计是正确的。
4.6总原理图
由于课设要求中要求使用发光二极管作为尾灯模拟，故在原理图中将上述的小灯泡全部换成发光二极管进行模拟。
经检测，发光二极管的工作特点与上述的小灯泡形同。
图4.6汽车控制尾灯电路设计原理图
第五章
心得体会：
数字电子技术是电子信息专业学生必修的一门专业基础课，我们进行数字电子技术课程设计是我们利用理论去联系实际的最好，途径，而且我们还将书本上的知识利用到实际的分析中解决问题去，这样使我们更加牢固的掌握分析与实际的基础知识理论，更加熟悉各种规模的逻辑器件，掌握逻辑电路的分析和设计的基本方法，为以后的学习奠定基础。
通过一周的课程设计，基本完成了这次设计的要求：
设计一个汽车尾灯控制电路，汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）：
1、当汽车正常行驶时指示灯全灭；
2、在右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮（R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1），时间间隔0.5S（采用一个2Hz的方波源）；
3、在左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮（L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1）；
4、在临时刹车或检测尾灯是否正常时，所有指示灯同时点亮（R1R2R3L1L2L3点亮）；
5、当汽车后退的时候所有尾灯循环点亮；
6、当晚上行车的时候汽车尾灯的最后一个灯一直点亮。
从一开始选好这个题目，后着手建立设计框架，再到书上和网上查阅相关的资料，确定好电路功能如何实现，每一步都必须认真仔细。
理论设计做出来之后，还要进行软件作图，并且仿真，我们认真学习了相关的书籍资料。
经过小组成员共同的努力，最终得以顺利完成此次课设。
本次课设，让我们更加深入的了解许多芯片的接法以及功能表，设计了译码电路，十六进制计数器，开关控制发光二极管等，讲各部分组合起来设计成为汽车尾灯控制电路。
而且通过这次课设，使我们更加扎实的掌握了有关数电集成芯片应用方面的知识，虽然设计中遇到了一些棘手的问题，但经过小组成员的共同努力，还是解决了，使得电路可以实现其想要的逻辑功能。
但这也更能证明我们在以前的学习过程中的不足。
本次课设不仅培养了我们科学严谨的学习态度和认真思考、勤于动手的能力，而且还培养了我们团队的合作精神。
让我们意识到团结的力量，只有相互之间默契的配合才能完成任务。
相信这次课设之后，我们的理论知识和动手能力都会有一个飞跃，也为今后的实践与理论课程的学习打下基础。
参考文献
[1]王艳春，丁方莉，罗少轩等.电子技术实验与Multisim仿真.2011.6合肥工业大学出版社
[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础.2006.5高等教育出版社
[3]阎石.数字电子技术基础.2006.5.高等教育出版社
附录
元器件清单
器件
型号
数量
1
电阻
R01,R02,R03,R4,R5
5
2
电容
C1,C2
2
3
开关
S0,S1,S2
3
4
非门
7404N
10
5
或门
7432N
3
6
或门
4072BD
2
7
与门
74LS08N
8
8
与门
4075BD
4
9
计数器
74LS138N
1
10
555定时器
LM555CM
1
答辩记录
课题名称
汽车尾灯控制电路
答辩教师（职称）
周超
答辩时间
2014~2015学年第二学期第14周
答
辩
记
录
1、555定时器的工作原理是什么？
答：
根据555定时器的电路结构来回答，当VI1＞VR1、VI2＞VR2时，比较器C1的输出VC1=0、比较器C2的输出VC2=1，SR锁存器被置为0，TD导通，同时，VO为低电平。
当VI1＜VR1、VI2＞VR2时，VC1=1,VC2=1，锁存器的状态保持不变，因而TD和输出的状态也维持不变。
当VI1＜VR1、VI2＜VR2时，VC1=1,VC2=0，故锁存器被置为1，VO为高电平，同时TD截止。
当VI1＞VR1、VI2＜VR2时，VC1=0,VC2=0，锁存器处于Q=Q’=1的状态，VO处于高电平，同时TD截止。
2、在仿真过程中，还可以怎样改进仿真方法？
答：
在检验电路的正确性（即仿真）时，我们还可以直接用小灯泡的点亮顺序来直接观察辨别电路是否正确，显然经过试验之后，可以得到这种方法是正确的。
这样，也可以不用示波器来检验从输入到输出波形变化，简化了仿真检测的步骤与难度。
3、在设计电路时，是否可以有别的方案？
答：
由于计数器74162N它有同步置数和异步清零端，在本次电路设计中，我们只采用了异步清零的方法进行计数。
不过，值得注意的是，同步置数法与异步清零的区别是：
如果要构成一个六进制计数器，异步清零计数状态为：
S0、S1、S2、S3、S4、S5，S6态瞬间即逝；同步置数计数状态为S0、S1、S2、S3、S4、S5，没有S6态。
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