电子技术课程设计报告分析解析.docx
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电子技术课程设计报告分析解析
合肥工业大学电子技术课程设计报告
课程名称：
“方向之星”控制器
系部:
材料科学与工程学院
专业班级：
新能源材料与器件11-1班
学生姓名：
指导教师：
李玉长
完成时间：
2013年7月23日
方向之星”控制器设计报告
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
对上述设计要求进行分析，由于汽车正常运行、左转弯、右转弯、紧急刹车及左转急刹车，右转急刹车时，所有灯闪亮的次序和是否闪亮是不同的。
所以，我们要想办法把灯光闪亮次序及是否闪亮的信号转化成二进制码，故要用到译码器，以及用来进行计数的二进制加法器。
当然，若要小灯泡达到闪亮的效果，还需一个555计时器作计时脉
冲。
故大致的的方案图如下图所示
方案图
首先，执行操作时出现依次闪亮的情况，闪亮频率是1次/秒；说明小灯泡接收的是
间隔时钟脉冲，需要利用由“555”定时器设置相应的时间间隔，可通过选用适当大小的电阻、电容元件等进行调节使之频率为1次/秒。
其次，因为左右各有4支灯依次闪亮，所以需要使555定时器输出端作用到4进制加法计数器；4进制加法计数器可由74LS160连接成四进制计数器，利用置数法，预置数为0000,去掉6个计数状态，即可实现4进制计数。
最后是译码过程，译码过程可以使用3/8线译码器中最常用的74LS138型译码器，74LS138型译码器的输出是低电平有效，经非门后，依次产生高电平来控制小灯泡的闪烁情况。
2.单元电路设计、仿真与分析
（1）多谐振荡器一输出脉冲信号源
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是接在一个端点上并跟电容C连接，这个端点上的电位uc的变动，决定两个比较器的输出电平的情况，进而决
2
定了RS触发器的输出状态。
电源Ucc经R1和艮给电容C充电，当Uc上升到—Ucc时，
3
2
Ue=U2=-Ucc，输出电压U。
为低电平，放电管T导通，电容C经尺和放电端7放电，Uc开
3
11
始下降，当下降到-Ucc时，U6=U2=-Ucc，输出电压U。
为高电平。
同时放电管T截止，放
33
电端7断开，电源Ucc又经R和艮给电容C充电，使Uc上升。
这样周而复始，电容电压Uc形成了一个周期性充电放电的指数波形，输出电压U0就形成周期性的矩形脉冲。
在这里，根据要求，小灯在闪烁时的频率为1次/秒，经计算得知，我们需要的电阻R1和R2的阻值均应为0.5MQ，而且，充电电路中的电容C1的大小应为1卩F，放电电路中的电容C2的大小应为0.01卩F。
故计算可得其：
充电时间：
T1=0.7（R1+F2）Ci=0.7*1.0*1=0.7s
放电时间：
T2=0.7R2C2=0.7*0.5*1=0.35s
周期T=T1+T2=1.05s〜is，即频率成功的控制为1次/秒。
（2）四进制加法计数器
（2）
本次设计中我们需要的是4进制加法计数器，即要有4个状态，而74LS160型芯片在技术过程中有16个状态，因此必须设法跳过12个状态。
首先将输入端A,B,C,D都接地，即输入端输入恒为0000。
计数器从0000状态开始计数，当计到第4个状态后，即计数器的状态为0011时，将QA和QB通过一个与非门接到同步置数端LD（低电平有效）时，QA和QB此时同为1,经非门后LD'为0,此时计数器强制置零，回到最初的0000状态。
此后清零信号消失，计数器重新从0000状态计数。
应用74160构成的四进制计数器逻辑电路及有效循环状态如图所示。
逻辑电路中，时钟脉冲端接由555定时器接来的频率为1次/秒的脉冲信号，这样，电路就跳过了0100~1111这12个状态，实现4进制计数。
（3）二进制译码器：
7413S
（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，输出信号为高电平，该译码器称为3线-8线译码器。
译码器设置了G、G2A和G2B三个使能输入端，由功能表可知，当G为1,且G2A和G2B均为0时，译码器处于译码状态。
在本例中，由左右边的各四盏灯想到，令C端来控制左右，本设计中是将丫0-丫3分别用引线接到左边四个灯，用C=0时来控制，而Y4-Y7分别用引线接到右边四个灯，用C=0来控制。
（4）灯光控制电路
（4）
在本设计中，分别用八个与非门接八个灯泡。
对左边四灯而言，每个与非门的一条线
依次分别接到丫0-丫3，另一条线同时接在一个三线与非门的输出端；对右边四灯而言，每个
与非门的一条线依次分别接到丫4-丫7,另一条线同时接在另一个三线与非门的输出端
（5）逻辑控制电路及开关系统
（5）
试验时：
1J开关闭合时（即直行急刹车时），J接地，输出为低电平，又J与译码器的G1端相连接，即G1的输入为低电平，贝U由译码器的工作原理可知，此时译码器不工作；此时两个三输入与非门的输入分别为时钟脉冲，J开关经过非门输出的高电平以及左（右）转开关未闭合而产生的高电平，故两个三输入与非门的输出均为频率为1次/秒的时钟脉冲，又译码器不工作时输出均为高电平，故经八个两输入的与非门后，八个灯泡将产生闪烁的现象，且频率
2
图示1
有A,B两个输入端可以变化，此时译码器只有丫0-丫3四个输出端有变化，丫4-丫7输出端的输出恒为高电平。
又此时L开关关闭，故控制右边四个灯的三输入端与非门的输出恒为高电平，结合前
面分析可知，此时右边四个灯不会亮。
由R开关打开，则控制左端四个灯的三输入与非门的输出为时钟脉冲。
最后，在译码器和时钟脉冲的共同作用下，左边四个灯从右向左依次闪烁，频率为
3只有R闭合时（即右转时），L打开，故译码器的C输入端恒为高电平，此时R开关关闭，故控制左边四个灯的三输入端与非门的输出恒为高电平，结合前面分析可知，此时左边四个灯不会亮。
由L开关打开，贝U控制右端四个灯的三输入与非门的输出为时钟脉冲。
最后，在译码器和时钟脉冲的共同作用下，右边四个灯从左向右依次闪烁，频率为1次/秒。
/叮/冈
4当L,J同时闭合（即在左转的同时急刹车），同①对只有J闭合时的分析相同，因为只要有J闭合时，译码器就是处于不工作状态的；又由②对只有L闭合时的分析，此时只有左边四个灯有可能闪烁，右边四个灯一定不会闪烁。
综合两者，经过对电路分析可知，在L,J同时闭合的情况下，产生的结果就是左边四个灯同时闪烁，并且闪烁的频率为1次/秒。
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图示4
5当R,J同时闭合（即在右转的同时急刹车），同①对只有J闭合时的分析相同，因为
只要有J闭合时，译码器就是处于不工作状态的；又由③对只有R闭合时的分析，此时只有
右边四个灯有可能闪烁，左边四个灯一定不会闪烁。
综合两者，经过对电路分析可知，在R,J同时闭合的情况下，产生的结果就是右边四个灯同时闪烁，并且闪烁的频率为1次/秒
II1
/詁口\[j]AIR]
T
图示5
6当L,R同时闭合时（即同时向左右转时），由常识可知小汽车不可能同时向左右两个方向转，故此时系统将产生报警信号，报警信号灯会亮起。
当L,R同时接通时，二者输出的均为低电平，通过或非门后，将产生高电平信号，又由于此高电平信号恒输入到译码器的G2A端，导致译码器在此情况下无法工作，其输出端
Y0-Y7输出的恒为高电平；又L,R闭合时，导致分别控制左右四个灯的两个三输入与非门输出恒为高电平，在八个与非门的作用下，向八个小灯输出的恒为低电平，小灯不亮。
L,R输出的低电平经或非门恒输出高电平，使报警小灯发光。
图示6
3.电路的安装与调试
⑴电路元器件的测试
1电源电压的测试
本次设计中使用的电压的大小是5V直流电压，将万用表的旋钮旋到20V直流电压档，红表笔接高电平，黑表笔端接地，测得电压大小为4.8V，在实验误差允许的范围内，该电源符合实验要求；
274LS160四进制加法计数器的测试
将74LS160芯片的1,7,10,16端均接高电平，将3,4,5,6,8端均接地，将13,14端分别接在两个小灯泡上，并通过一个与非门接在9端，此时会看到两个小灯出现全灭，左边灯
亮，右边灯亮，全亮，全灭的循环，即产生了00,01,10,11的循环，说明该74LS160芯片是
完好的。
374LS138译码器的测试
将74LS138芯片的3,4,5,8端接地，6,16端接高电平。
12,13,14,15端分别接在四个小灯泡上，1,2端分别接（低，低），（低，高），（高，低），（高，高）四种情况，此时发现四个灯泡没有出现正常的依次闪亮的现象，经检查发现该芯片与面包板接触不良，重新换过芯片后，出现了理想的效果。
474LS00（二输入与非门），74LS04（非门），74LS10（三输入与非门），
74LS11（三输入与非门），74LS27（三输入或非门）各芯片的测试
根据各芯片的逻辑功能，通过与小灯泡连接，控制芯片输入端的高低电平，观察小灯泡的亮灭情况，从而判断各芯片的完好与否。
经试验验证，以上所有芯片均完好可以使用。
（2）电路的安装与调试
根据电路图，在面包板上依次插入各个芯片，对照电路图和芯片引脚关系，依次连线不过，在线路的连接及连接好后的调试过程，我们发现了很多问题。
1在连接线路时，面包板上并没有可供使用的开关，在老师指点下，我们就用连接线的一端直接用手在面包板上插入或拔出接地端，以此来代替开关实现开关的打开闭合功能。
2线路连接完成后，闭合J或L或R开关，小灯泡并没有亮，我们检查了电路并没有发现问题，向老师寻求帮助，老师告诉我们小灯泡也要供电，其他连接的线只相当于开关功能，即使连接没问题也只能说明开关的连接正确，还是不能让小灯泡亮。
所以我们就将小灯泡与5V电压相连接，排除了此故障。
3电源故障排除后，再次闭合开关，小灯泡仍然不亮。
经检查发现，我们使用各种门电路的芯片的接地端与高电平端没有连接，在仿真模拟时，这些门电路直接默认是通电状态，但是实际连接时，还是要将各芯片的高电平端接电源，接地端接地。
发现问题后，我们就及时做了改正，把缺的线连接上了。
4芯片故障排除后，再次闭合开关，小灯泡开始亮起来，但是与我们要实现的目标要求相比却不完全相符。
对小灯闪烁亮灭的规律分析发现，凡是关于小灯闪烁的环节，特别是需要小灯全部闪烁的环节，都出现了问题，我们分析应该是555定时器出现错误。
询问老师，老师也说应该是555定时器的脉冲不稳定或者一下子带不动那么多小灯泡。
在老师的建议下，我们把555定时器上连接的一根线连接到试验箱的单脉冲发射端，同时用手动及555定时器给小灯泡加脉冲，结果发现前面所有的问题都解决了。
我们连接的电路成功的实现了要求的所有功能
四．心得体会及建议
经过这一个多星期的电子电路课程设计，我们学到了很多，不仅是知识水平的提高，
而且更是动手能力及学习态度的提高。
虽然在本学期的课程中，我们曾系统学习了《电工学•电子技术》一书，但是真正要自己动手操作，完成一个实用有效的电子电路应用方案，对我们来说，确实是个不小的挑战。
在第一周周一的理论课上，老师为我们讲解了一下各个课题的要求，并简单介绍了各个课题的参考方案图。
最后，老师教了我们一个在电子电路方面比较实用的基本的软件---EWB的使用。
接下来的一周时间里，我和我的队友一起在网上找资料，我们是从需要用到的的每个芯片的引脚，功能，等最基本的开始做起，后来，我们在网上找到了参考答案，但是在EWB
软件上仿真模拟的时候，发现根本就实现不了所要求的功能，仔细检查才发现，那个所谓的参考答案有几出错误，有些还是最基本的错误，而且电路有些复杂。
我们就着手进行改正，到最后发现还是有个功能实现不了。
再后来老师答疑的时候，李玉长李老师给了我们提示，可以用译码器C输入端的高低
电平分别控制左右，这样既可以充分运用译码器功能，还能简化电路。
所以，我们决定放弃网上搜来的答案自己设计电路，最后在老师的帮助下，我们共同努力制作出了自己的电路。
虽然耗费了大量精力，但是最终看着自己亲手设计的电路，还是很高兴的。
我们想，我们连接的电路在EWB软件上仿真模拟的很成功，实际连接肯定很快就能连接好。
后来，我们才发现我们错了。
老师要我们先对芯片进行测试，但是我们图快，抱着侥幸心理直接连线，连接完后发现功能实现不了，不得已只能把部分线拆掉，重新开始逐一检测芯片，果然，发现74LS138芯片不能用，后来发现是接触不良的原因，换了芯片之后，我们又开始继续连线，就这样第一天没能完成任务，不过我们也懂得了心急吃不了热豆腐，做实验应该本着务实的精神，不怕麻烦，认真仔细，听从老师建议，这样才能做好实验。
第二天，接着前一天的工作，连接好线路，闭合开关却没有得到我们想要的结果，仔
细检查电路才发现我们犯了很多小错误。
这些错误中有些是我们粗心马虎犯的错，当然有些是我们自己的知识储备不足造成的。
不过，在老师的耐心教导及我们自身的学习改正下，最终我们还是顺利的完成了电路图连接，并实现了所有功能。
在这次课程设计中，我们深刻的认识到了从理论落实到实践环节的难度，虽然整个过程很累，但是很有意义。
让我们对学习过的知识有了更好的把握和更系统的认识，同时也是对自身知识水平的检验与提升，以及动手能力及团队合作能力的锻炼。
当然，我们实验的成功离不开李老师和苗老师的全程的悉心指导，从对每个芯片的认识到电路图的设计，从线路的连接到具体问题的解决，两位老师都一直在我们身边鼓励，指导。
虽然天气很炎热，虽然实验室休息不好，但老师依然辛苦工作，所以，在这里我们还要真诚地谢谢两位老师，老师你们辛苦了。
五.附录
附录一元器件明细表
芯片型号
功能和作用
芯片数量
555定时器
组成多谐振荡器
1
74160
组成4进制计数器
1
74138
译码器
1
7400
与非门
2
7404
非门
1
7410
与非门
1
7411
与门
1
7427
或非门
1
附录二电路完整原理图
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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•
[3]陈大钦•《电子技术基础实验》.
[4]秦曾煌•《电工学•电子技术》.高等教育出版社.2004.
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