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数电课程设计

扬州大学能源与动力工程学院

本科生课程设计

题目：

汽车尾灯控制电路的设计

课程：

数字电子技术基础

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气0703

学号：

071301327

姓名：

指导教师：

郑洁宁进喜

完成日期：

09.06.14

总目录

第一部分：

任务书

第二部分：

课程设计报告

第三部分：

设计图纸

第一部分

任

务

书

《数字电子技术基础》课程设计任务书

一、课程设计的目的

本课程是在学完《数字电子技术基础》、《数字电子技术实验》之后，集中一周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实做训练。

主要包括：

方案论证、系统电路分析、单元功能电路设计、元器件选择、安装调试、计算机辅助设计、系统综合调试与总结等。

使学生在《数字电子技术》基本知识、实践能力和综合素质、创新意识、水平诸方面得到全面提高，为后续课程的学习，为培养应用型工程技术人才打下重要基础。

通过本课程设计可培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神。

真正实现了理论和实际动手能力相结合的教学改革要求。

二、课程设计的要求

1、加强对电子技术电路的理解，学会查寻资料、方案比较，以及设计计算等环节，进一步提高分析解决实际问题的能力。

2、独立开展电路实验，锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，真正实现由知识向技能的转化。

3、独立书写课程设计报告，报告应能正确反映设计思路和原理，反映安装、调试中解决各种问题。

三、课程设计进度安排

1、方案设计：

（一天）

根据设计任务书给定的技术指导和条件，进行调查研究、查阅参考文献，进行反复比较和可行性论证，确定出方案电路，画出主要单元电路，数据通道，输入、输出及重要控制信号概貌的框图。

2、电路设计：

（一天）

根据方案设计框图，并画出详细的逻辑图

3、装配图设计：

（半天）

根据给定的元器件，结合逻辑图，设计出电路制作的具体装配图（即绘出组件数量，管脚号以及器件布置的实际位置）。

同时配以必要的文字说明。

4、电路制作：

（一天半）

对选定的设计，安装配图进行装配，调试实验。

5、总结鉴定：

（半天）

考核样机是否全面达到现定的技术指标，能否长期可靠地工作，并写出设计总结报告。

四、设计题目及内容

汽车尾灯控制电路：

（1）、汽车左右共有三个尾灯，共计六个，用二个控制开关控制；

（2）、汽车正常运行时，六个灯全亮；汽车右转时，右边三个尾灯自左向右巡回点亮；汽车左转时，左边三个尾灯自右向左巡回点亮；汽车停车时，六个尾灯同时闪烁。

（3）、汽车在正常运行、左转、右转和停车时，对应显示“”、“R”、“L”、及“P”。

五、设计要求

1、用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；

2、在实验箱上安装、调试出所设计的电路；

3、写出设计、调试、总结报告。

六、器件与器材

1、二输入四与非门74LS00

2、四输入双与非门74LS20

3、六倒相器74LS04

4、八输入与非门74LS30

5、正沿双D触发器74LS74

6、3线-8线译码器74LS138

7、10线-4线编码器74LS147

8、可逆移位寄存器74LS194

9、同步十进制可逆加、减计数器（8421BCD码）74LS192

10、同步十进制加法计数器74LS160

11、振荡分频器CD4060

12、BCD七段显示译码器74LS48

13、双四选一数据选择器74LS153

14、单稳态触发器74LS121

16、八线驱动器74LS244

17、555定时器555

19、LED共阴七段数码管BS207

20、石英晶体（4M、2M、32768HZ）

21、微动开关、拨盘开关、继电器、LED（红、绿、蓝）、电阻、电容、二极管、三极管、光敏二、三极管、导线……等。

22、工具（镊子、剪刀、万用表、电烙铁……）

七、使用仪器设备

1、稳压电源（±5V，±15V）；

2、实验电路箱；

3、低频信号发生器；

4、示波器等。

八、参考文献

1、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；

2、有关“电子技术课程设计指导书”；

3、“集成电路特性应用手册”；

5、其他。

九、设计总结报告主要内容

1、任务及要求；

2、方案特点；

3、各组成部分及工作原理（应结合框图写）；

4、单元电路设计与调试；

5、总逻辑图；

6、总装配图；

7、实验结果分析（画出必要的波形，进行测量精度和误差分析）；

8、调试中出现问题的解决；

9、改进意见及收获体会等。

第二部分

课

程

设

计

报

告

1设计任务及要求…………….………………………………………….….….（9）

2系统总体设计方案………………………………………….…………….（10）

2.1总体设计方案…………………………………………..………..……….….…（10）

2.2方案特点…………………………………………………..………..…………..…（11）

3控制电路设计…………………………………………...…………………（12）

3.1控制电路工作原理………………………………………..………..……………..（12）

3.2参数计算…………………………………….………………………………..（12）

3.3器件选型…………………………………….………………………………..（12）

4振荡电路设计…………………………………………...…………………（13）

4.1振荡电路工作原理………………………………………..………..……………..（13）

4.2参数计算…………………………………….………………………………..（13）

4.3器件选型…………………………………….………………………………..（13）

5计数电路设计…………………………………………...…………………（14）

5.1计数电路工作原理………………………………………..………..……………..（14）

5.2参数计算…………………………………….………………………………..（14）

5.3器件选型…………………………………….………………………………..（14）

6译码显示电路设计……………………………………...…………………（15）

6.1译码显示电路工作原理…………………………………..………..……………..（15）

6.2参数计算…………………………………….………………………………..（16）

6.3器件选型…………………………………….………………………………..（16）

7系统总体电路设计……………………………………...…………………（17）

7.1系统总体电路…………………………………..……….………..……………..（17）

7.2电路说明…………………………………….………………………………..（17）

8电路调试………………………………………………...…………………（18）

8.1振荡电路调试及实验结果分析…………………………………….….….（18）

8.2计数电路调试及实验结果分析…………………………………….…..….（18）

8.3译码显示电路调试及实验结果分析…………………………………….….（18）

8.4控制电路调试及实验结果分析……………………………………….….….（19）

8.5系统联调及实验结果分析………………………………………….….….（19）

9改进意见及收获体会…………………………………...…………………（20）

10器件明细清单…………………………………………...…………………（21）

参考文献……………………………………….……………………………….（22）

1设计任务及要求

1.1设计任务：

汽车尾灯控制电路：

1.2具体设计要求：

（1）、汽车左右共有三个尾灯，共计六个，用二个控制开关控制；

（3）、汽车在正常运行、左转、右转和停车时，对应显示“”、“R”、“L”、及“P”。

2系统总体设计方案

2.1总体设计方案

1列出尾灯、字符与汽车运行状态，如表2.1所示

开关控制

运行状态

左尾灯

右尾灯

字符显示

S1S0

D4D5D6

D1D2D3

正常运行

全亮

无

右转

灭灯

按D1D2D3顺序循环点亮

左转

按D4D5D6顺序循环点亮

灭灯

停车

所有的尾灯随时钟CP同时闪烁

由于汽车左右转弯时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。

由此得出在每种运行状态下，每个指示灯与给定条件（S1、S0、CP、Q1、Q2）的关系，即逻辑功能表如表2.1所示（表中0表示灯灭状态，1表示灯亮状态），由表可得出总体框图，如图2.2所示。

表2.1

开关控制

三进制计数器

左三灯

右三灯

S1S0

Q1Q0

D6D5D4

D1D2D3

××

111

000

100

000

010

000

001

000

010

000

100

000

××

CPCPCP

2.2方案特点

系统分为六个部分

分别是:

开关控制电路、三进制计数器、秒脉冲电路、译码控制电路、指示灯驱动电路、显示驱动电路。

画出系统组成框图如下图：

开关的不同输入组合对应汽车的不同运行状态（S1=0，S0=0表示汽车正常运行；S1=0，S0=1表示右转弯；S1=1，S0=0表示左转弯；S1=1，S0=1表示停车），将这些信号输入译码、控制电路（一组组合逻辑电路），其输出信号就可以对应控制控制显示器件的输出状态；而译码、控制电路（主要是通过对3线8线译码器的控制）在三进制计数器和一系列组合电路（控制其使能端）的输出控制下就可以对指示灯的亮灭进行控制。

同时开关的不同输入组合通过译码电路翻译成不同的输出信号，其输出信号就可以对应控制字符的输出状态。

3控制电路设计

3.1控制电路工作原理

控制电路工作原理图

开关控制电路：

设74LS138和显示驱动电路的使能端信号分别为G和A，根据总体逻辑功能表分析及组合得G,A与给定条件（S1，S0，CP）的真值表，如下表所示

开关控制

运行状态

使能信号

S1S0

正常运行

右转

左转

停车

0CP

另外通过开关控制字符显示电路，由组合逻辑电路实现译码功能

3.2参数计算

由上表经过整理得逻辑表达式

G=S1’S0+S1S0’=（（S1S0’）’（S1’S0）’）’

A=S1’S0+S1S0’+S1S0CP=（（S1S0’）’（（（S!

’S0）’（S1S0CP）’）’）’）’

另外a=b=g=S1’S0+S1S0=S0

d=S1S0’

c=S1’S0

e=f=S1’S0+S1S0’+S1S0=S1+S0

3.3器件选型

四输入与非门74LS00；六反相器74LS04；

拨动开关S1，S0；

4振荡电路设计

4.1振荡电路工作原理

通过震荡电路产生频率为1Hz的CLK信号

4.2参数计算

石英晶体振荡电路产生1Hz的脉冲信号

4.3器件选型

CD4060；

D触发器74LS74；

电容10pF，51pF；

电阻10M；

石英晶体23768Hz

5计数电路设计

5.1计数电路工作原理

通过同步置数端把十进制计数器功能扩展为三进制计数器，两位输出端作为下级译码显示的两位低位输入信号

5.2参数计算

三进制计数器的状态转换

计数顺序

电路状态

Q3Q2Q1Q0

0000

0001

0010

0000

由于需要将十进制计数器功能扩展为三进制计数器，需将输出端Q1通过非门接到同步置数端，输入端常接地，这样就实现三进制计数功能。

5.3器件选型

同步十进制计数器74LS160；

六反向器74LS04

6译码显示电路设计

6.1译码显示电路工作原理

（1）指示灯显示电路：

通过3线-8线译码器把三进制信号转换成对应的6个高低电平，再转换成6个灯的明暗信号显示出来

（2）字符显示电路：

通过缓冲器将译码输出端接到对应的数码管引脚上

6.2参数计算

（1）指示灯显示电路

3线-8线译码器实现译码显示真值表；

输入

输出

Sb’+Sc’

A2A1A0

Y6’Y5’Y4’Y2’Y1’Y0’

xxx

000

001

010

100

101

110

111111

111110

111101

111011

110111

101111

011111

（2）字符显示电路

数码管显示真值表

开关控制

数码管状态

6.3器件选型

3线-8线译码器74LS138；

反相器74LS04；

与非门74LS00；

缓冲器74LS244；

数码管BS207；

7系统总体电路设计

7.1系统总体电路

系统总体电路图见附图电02

7.2电路说明

S1=0，S0=0表示汽车正常运行，尾灯全亮，字符不显示；

S1=0，S0=1表示右转弯，右边尾灯按照从左到右（D1D2D3）的顺序循环点亮，字符显示为R；

S1=1，S0=0表示左转弯，左边尾灯按照从右到左（D4D5D6）的顺序循环点亮，字符显示为L；

S1=1，S0=1表示停车，所有尾灯在CP信号作用下闪烁。

输入不同的S1S0信号，其输出信号就可以对应控制控制显示器件的输出状态；而译码、控制电路（主要是通过对3线8线译码器的控制）在三进制计数器和一系列组合电路（控制其使能端）的输出控制下就可以对指示灯的亮灭进行控制。

8电路调试

8.1振荡电路调试及实验结果分析

振荡电路正常工作产生1Hz的脉冲信号

8.2计数电路调试及实验结果分析

三进制计数器工作状态：

计数顺序

电路状态

Q3Q2Q1Q0

0000

0001

0010

0000

8.3译码显示电路调试及实验结果分析

（1）指示灯显示电路

3线-8线译码器实现译码显示真值表；

输入

输出

Sb’+Sc’

A2A1A0

Y6’Y5’Y4’Y2’Y1’Y0’

xxx

000

001

010

100

101

110

111111

111110

111101

111011

110111

101111

011111

（2）字符显示电路

数码管显示真值表

开关控制

数码管状态

8.4控制电路调试及实验结果分析

（1）开关控制尾灯：

开关控制

运行状态

使能信号

S1S0

正常运行

右转

左转

停车

0CP

（2）开关控制字符显示：

开关控制

运行状态

字符显示

S1S0

正常运行

右转

左转

停车

8.5系统联调及实验结果分析

尾灯、字符与汽车运行状态表

开关控制

运行状态

左尾灯

右尾灯

字符显示

S1S0

D4D5D6

D1D2D3

正常运行

全亮

无

右转

灭灯

按D1D2D3顺序循环点亮

左转

按D4D5D6顺序循环点亮

灭灯

停车

所有的尾灯随时钟CP同时闪烁

9改进意见及收获体会

1）．改进意见

由于在行车的时候都是用开关控制的，所以每一个开关应该有一个消除机械振动的装置，可以利用基本RS触发器来实现；

另外汽车尾灯可以适当增加一些，可以安装在汽车的侧面，是汽车转向的提示更明显，还可以达到很好的灯光效果；

可以选择更多的集成块来完成，使电流更简洁明了；

所以如果在时间允许的条件下可以对这一系列的不足进行解决，从而是整个系统更加稳定可靠。

2）．收获体会

　　通过此次为期一周的课程设计，我收获了很多，不仅仅是课本上所没有的知识还有许多道理与感触，当然更多的是对自己辛劳所得成果的那份喜悦。

首先，第一次能够有这样的机会独立自主完成整个任务，包括设计与实践，让我们大家都非常激动也很珍惜。

这次设计的过程从各个方面锻炼了我的个人能力，包括我的动手、独立思考和发现、分析、解决问题的能力，培养了一种严谨认真的科学态度和良好的习惯作风。

拉近了我与同学之间的距离，大家都积极地相互帮助，激烈地讨论，仔细研究，使得我们班的探究学习氛围达到了一个新的高潮。

在实验过程中大家发扬团队精神，戮力同心，相互鼓励，集思广益，在一种严肃而又活跃的气氛中完成了整个设计。

整个过程可谓一波多折。

还记得第一天定下设计任务时，我和我的搭档情绪高涨，充满自信。

刚下课饭都没吃就跑到图书馆去借资料，担心去晚了就借不到了。

回来后两个人就进行讨论，可以称得上是废寝忘食，可喜的是终于对整个设计有了一些眉目，经过一段时间的认真思考和讨论，我们最终将设计方案给定了下来，两个人兴奋了好久，晚上睡觉时还在梦中窃喜。

可是第二天当我们将自己的想法与别的同学讨论时才发现我们的想法存在一个错误，方案被否定了，一下子心里感到非常失落，巨大的心理落差让我很伤心，而且许多同学都已经设计出来了，让我感到很有压力，也正是这样我不服输的性格被唤醒了，自己冷静地坐下来，重新设计。

经过我和搭档的努力，一个更简单而又合理的方案跃然纸上，而且通过了大家的验证，真的是工夫不负有心人。

当然，这才只是第一步，接下来还要画原理图与接线图，尤其是接线图，一根根接线如同一团乱麻，让人无所适从、心烦意乱。

其实这就是考验我们的耐心与细心的时候，稍有不注意连错或接错一根线都会给实验带来很大的麻烦，所以必须要认真严谨地对待，画完后两个人都认真检查一遍，当这些工作完成是天已经黑了。

再下面就是装配调试了，当然有了我们平时的基础，对照接线图将电路连接出来应该是游刃有余了，但是出乎意料的是当我很快地将电路接完后却没有任何现象，我顿时瞢了，看着满眼的接线，想要检查却无从下手，无所适从，但我想到这些天来的努力，想到我和搭档下的决心，我没有理由会畏惧、退缩，我坚信只要自己不放弃，一切困难都能克服，经过仔细检查我发现了原来是在设计的时候出了一点差错，改正后就正常工作了。

当出现结果的那一刹那，喜悦之情难以言表，因为这是对自己辛勤劳动的最好回答。

失落与喜悦，成功或失败，那一种信念，那一份执着我想才是课程设计的魅力所在！

这次课程设计最终顺利完成，在设计中遇到了很多问题，最后在老师和同学指导下，都顺利解决了。

同时，我也学到了很多知识和道理，让我受益匪浅也许是收益终生。

我的每一次小小的进步，都离不开老师和同学们的鼓励和包容，他们将是我人生路上最好的朋友，最后要感谢老师也要感谢我的同学，有了你们这次设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

10器件明细清单

器材

型号

数量

数字实验逻辑仪

DLBS型

1台

3线-8线译码器

74LS138

1片

同步十进制加法计数器

74LS160

1片

六倒相器

74LS04

3片

二输入四与非门

74LS00

4片

四输入二与非门

74LS20

1片

八线驱动器

74LS244

2片

LED共阴七段数码管

BS207

1只

发光二极管

6只

数字万用表

1只

导线

若干

剪刀

一把

镊子

一只

参考文献

[1]阎石主编．数字电子技术基础（第四版）．北京：

高教出版社，2000

[2]包亚萍主编．数字逻辑设计与数字电路实验技术．北京：

中国水利水电出版社，2003

[3]王鲁杨主编．电子技术实验指导书．北京：

中国电力出版社，2008

[4]汤琳宝主编．电子技术实验教程．北京：

清华大学出版社，2008

[5]华成英、童诗白主编。

模拟电子技术基础（第四版）。

高教出版社，2006

第三部分

设

计

图

纸

图纸目录

序号

图纸名称

图幅

图纸编号

备注

系统总体方框图

电01

系统总电路图

电02

系统总接线图

电03

附设计深度规定：

系统总体方框图：

标注各单元模块，图中给出各单元模块的正确连接、标出各信号的流向。

系统总电路图：

标明各器件的型号、标注器件参数、标注集成块各引脚的逻辑符号

系统安装接线图：

以集成块为单位画出各引脚之间的接线，标注各集成块的型号、注明引脚编号。

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