数电《汽车尾灯显示控制电路设计》课程设计说明书.docx
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数电《汽车尾灯显示控制电路设计》课程设计说明书
题目:
《汽车尾灯显示控制电路设计》
初始条件：
本设计基于数字电子技术基础实验，通过自行设计电路图并在电脑上利用Multisim10软件进行仿真。
电路所用元件：
NE555，74LS00，74LS04，74LS09，74194，发光二极管6个，电阻电容若干。
要求完成的主要任务:
设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光管模拟），要求是：
1.汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。
2.当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮。
3.当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮。
4.临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。
时间安排：
第20周：
理论讲解理论设计，实验室安装调试以及撰写设计报告；
地点：
鉴主15楼通信工程实验室
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
摘要
本汽车尾灯显示控制电路设计采用555产生方波脉冲，由74LS系列芯片构成的电路实现了汽车尾灯显示控制电路，LED灯实现显示电路。
本设计的主要功能是：
汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭；当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮；当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮；临时刹车时，所有指示灯随时间脉冲同时闪烁。
本实验设计方案原理简单且易于实现。
Abstract
Thisisadisplayofcontrollingcircuitofcarlightdesign.UsingaNE555togeneratesquare-wavepulses.Thecarlightdisplaycontrolcircuitisdesignedbythechipof74LSseries.LEDlightsdisplaycircuitisusedasrealization.Theprimaryfunctionofthisdesignis:
whendriving,thelightsareallout;whenthecarturnsright,therightofthreelightsturnonintheorderofrightindication;whenthevehicleturnsleft,theleftofthreelightsturnonintheorderofleftindication;temporarybrakes,alllightsflashinginthesamefrequencyasthetimepulse.Thesimpleexperimentaldesignissimpleandeasytoimplement.
汽车尾灯显示控制电路设计
1原理电路设计
1.1电路性能要求
1.汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。
2.当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮。
3.当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮。
4.临时刹车时，所有指示灯随时间脉冲同时闪烁。
1.2设计方案选择
1.2.1时钟产生电路
方案一：
时钟电路采用由门电路构成的多谐振荡器来实现。
其振荡频率取决于电路中的R、C值，在实际实物实现中稳定性不够，频率调节精确度难以把握。
方案二：
此课程设计中所需要的时钟信号约为1HZ，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，且采用差分电路形式，其振荡频率受电源电压和温度的影响很小，改变R、C的值就能够改变其频率’所以由555定时器构成的多谐振荡器频率稳定且易于调节。
综合稳定性和调节可实现性，故本设计采用方案二。
1.2.2循环移动电路
方案一：
采用JK触发器和3线-8线译码器74LS138以及必要的门电路来实现。
两个JK触发器的输出段来实现三进制计数器电路即00—01—10。
两个输出端分别连接74LS138的A0和A1端口。
A2端口与开关S1相连，起到控制作用。
74LS138通过编译对应输出高低电平
，从而来控制6个LED灯的亮灭情况。
图1方案一循环移动电路
方案二：
采用四位双向移动移位寄存器74LS194，当S1接低电平二S0接高电平时芯片，加入时钟信号即可实现数据右移的功能。
QD经过一个非门与清零端相接。
当QD为高电平时，即可实现清零，从而开始下一个循环。
电路如图2所示。
图2方案二循环移动电路
方案选择：
对方案一和方案二进行比较后可知，和方案一相比，方案二的电路相对简单且容易实现，所用的芯片数量较少且不需要经过复杂的设计过程即可实现电路所需的功能。
本报告选择方案二。
1.2.3控制电路
本设计采用三个复位键A、B、C代表三种不同的情况。
当A按下时代表左转弯，当C按下时代表右转弯，当B按下是代表临时刹车，由适当的门电路的组合来对实现对发光二极管和74LS194的控制。
1.2.4逻辑指示电路
本设计采用6个发光二极管来代替汽车尾灯进行逻辑电平显示。
1.3单元电路设计
1.3.1时钟产生电路
由NE555构成多谐振荡器，电路如图3所示。
图3时钟产生电路
接通电源之前，由于555定时器组成的多谐振荡器处没有工作电源，不能正常工作，输出为高阻态，不能提供时钟脉冲。
当接通电源瞬间，多谐振荡器被触发。
其内部的初始状态是随机的，因此接通电源瞬间多谐振荡器的输出电平也是随机的。
接通电源后当其内部状态稳定，以②脚与⑥脚均为低电平时的状态开始讨论，根据555定时器的特性，输出跳变到高电平。
其内部放电三极管截止，电容C3通过电阻R3和R4被电源充电。
当电容两端电压上升到2/3Vcc时，②脚与⑥脚的电位也上升到2/3Vcc，根据555定时器的特性，输出端③脚变为低电平，同时放电三极管导通，此时电容C3可以通过R4和三极管放电，使其两端电压下降。
当②脚与⑥脚的电位下降到1/Vcc时，输出端电位又跳变到高电平。
就这样一直重复上述过程循环往复，产生一定频率的谐振波，根据R、C的参数不同其振荡的频率可以调整。
由多谢振荡器频率公式f=1/（ln2（R1+R2）C+ln2R2C）≈1.43/（R1+2R2）C可知,这里取R1=43K，R2=50K，C=10uF，滤波电容为0.01uF。
时钟电路产生的信号频率约为1HZ。
1.3.2循环电路
汽车左转弯时，在右转弯开关控制下，右侧三个尾灯如图4所示右循环点亮。
图4汽车尾灯右循环亮灭
汽车左转弯时，在左转弯开关控制下，左侧三个尾灯也如图4所示周期性亮灭。
由74LS194移位寄存器构成的循环移动电路，可实现此功能，即QAQBQC按100→110→111→000循环移动，当1时发光二极管熄灭，当0是发光二极管点亮。
电路有时钟脉冲信号控制。
电路图如图5所示。
图5循环电路
1.3.3控制电路
本设计的控制电路是通过逻辑们电路来实现的。
控制电路实现以下功能：
当A、B、C都为1时，QAQBQC信号被隔断，发光二极管熄灭；当A=0,B=1，C=1时，QAQBQC信号送到左边的发光二极管，发光二极管左循环闪烁；当C=0,B=1,A=1时，QAQBQC信号送到右边的发光二极管，发光二极管右循环闪烁；当B=0时，QAQBQC信号被隔断，同时时钟信号送到6个发光二极管，6个发光二极管出现周期性闪烁。
控制左右转弯的开关控制电路通过与非门和与门与LED显示电路的与非门相连来实现。
控制刹车的开关控制电路通过与非门与脉冲信号相连实现。
电路图如图6所示。
图6控制电路
1.3.4逻辑电平指示电路
由发光二极管来代替汽车尾灯，通过200欧限流电阻接到VCC。
当输入端位高时，灯灭；为低时，灯亮。
电路如图7所示。
图7逻辑电平指示电路
1.4完整电路及主要工作原理
1.4.1完整电路图
完整电路图如图8所示。
图8完整电路
1.4.2主要原理
本设计的总原理图如下图9
图9原理框图
根据设计要求，LED灯闪烁要求应如下表1
表1LED灯闪烁图
开关控制
汽车运行状态
右转尾灯
左转尾灯
ABC
R1R2R3
L1L2L3
111
正常运行
灯灭
灯灭
011
左转弯
灯灭
L1L2L3→L2L3→L3→全灭→L1L2L3
110
右转弯
R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1
灯灭
101
刹车
随时钟闪烁
随时钟闪烁
本设计用开关A,B,C来控制左转弯灯，刹车，右转弯灯的变化。
当A开关闭合时，由74LS194发出的循环信号送到左侧3个发光二极管，左转弯灯显示的3个发光二极管按循环规律显示。
同样，当C开关闭合时，右转弯灯显示的3个发光二极管按循环规律显示，方向相同。
当B开关闭合时，74LS194被关断送出全零信号，此时时钟信号送到6个发光二极管，6个灯均按时钟闪烁。
1.5元件参数
74LS194四位双向移动移位寄存器
真值表如表2所示。
表274LS194真值表
Inputs
Outputs
Clear
Mode
Clock
Serial
Parallel
QA
QB
QC
QD
S1
S0
Left
Right
A
B
C
D
L
X
X
X
X
X
X
X
X
X
L
L
L
L
H
X
X
L
X
X
X
X
X
X
QA0
QB0
QC0
QD0
H
H
H
↑
X
X
a
b
c
d
a
b
c
d
H
L
H
↑
X
H
X
X
X
X
H
QAn
QBn
QCn
H
L
H
↑
X
L
X
X
X
X
L
QAn
QBn
QCn
H
H
L
↑
H
X
X
X
X
X
QBn
QCn
QDn
H
H
H
L
↑
L
X
X
X
X
X
QBn
QCn
QDn
L
H
L
L
X
X
X
X
X
X
X
QA0
QB0
QC0
QD0
引脚图如图10示。
图1074LS194引脚图
74LS00四与非门功能表如表3所示。
表374LS00功能表
Inputs
Output
A
B
Y
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
H
L
引脚图如图11所示。
图1174LS00引脚图
74LS04六非门引脚图如图12所示。
图1274LS04引脚图
74LS08功能表如表4所示
表474LS08功能表
Input
Output
A
B
Y
L
L
L
L
H
L
H
L
L
K
H
H
引脚图如图13所示。
图1374LS08引脚图
NE555引脚图如图14所示。
图14NE555引脚图
2仿真结果分析
本报告运用Multisim10仿真软件对部分电路进行了仿真。
2.1时钟脉冲产生电路仿真
仿真电路如图15所示。
图15时钟产生仿真电路
仿真波形结果如图16所示。
图16时钟产生电路仿真结果
由图16可知产生的脉冲频率约等于1HZ。
2.2循环电路仿真
仿真电路如图17所示。
图17循环仿真电路
仿真结果如图18所示。
图18循环电路仿真结果
由图18可知QAQBQC按100→110→111→000循环移动，完全符合设计要求。
2.3总电路仿真
2.3.1左右转弯尾灯循环仿真
左转弯尾灯循环仿真电路如图19所示。
图19左转弯尾灯循环仿真电路
仿真结果如图20所示。
图20左转弯尾灯循环仿真结果
由仿真结果可知将左转弯键按下后，左尾灯实现循环。
符合设计要求。
由于左右转弯尾灯循环原理相同，故这里不再做右转弯尾灯循环仿真。
2.3.2刹车尾灯闪烁仿真
刹车尾灯闪烁仿真电路如图21所示。
图21刹车尾灯闪烁仿真电路
仿真结果如图22所示。
图22刹车尾灯闪烁仿真结果
由于三组信号完全重叠，这里只能看到一个波形，仿真结果说明发光二极管在同时闪烁，符合设计要求。
3实物和仿真性能
根据设计要求设计电路。
由设计原理对电路进行仿真，得到结果证明所设计电路完全符合设计要求。
根据设计电路进行实物制作。
在制作是遇到很多问题。
仿真真确，实物不一定能完好的实现电路设计的要求。
调试过程中，发现芯片的选择和电路布局至关重要。
通过调试电路能实现设计要求的功能，即通过三个按键来模拟左右转弯信号以及刹车信号。
左右转弯时，尾灯相应的左右循环闪烁，刹车时所有尾灯同时闪烁。
实物图入下图23。
图23实物图
4收获、体会和建议
这次的数字电路课程设计，是对我们这一学期学习数字电子技术知识的一次检测和考验。
在这次课程设计中，通过到网上或图书馆中搜集资料，自己思考设计电路的原理与元器件的参数以及学习仿真软件的使用方法等过程，锻炼了我的独立分析问题，思考问题、解决问题的能力。
这次课程设计的题目是“汽车尾灯控制电路”，通过广泛查阅各类资料，我对各种类型的车灯电路也有了一个较全面的了解和认识，对其原理也有了一个较深刻的理解和掌握。
首先，数字电路是一门理论性很强，同时实践性也很强的的一门学科。
学好数字电路不仅需要扎实的理论基础，还需要动手的经验。
只有多付出努力，多动手才能有收获。
本次数字电路课程设计就给了我们一个很好的实践的机会。
要完成课程设计，你需要先查资料，然后进行方案的选择和设计，再次进行必要的仿真，最后进行安装调试。
课设是使我们能够去真正的来动手独立完成整个过程。
这一点正是我们在学习好理论只是后所欠缺的。
其次，通过对电路原理的仿真，更进一步了解了原理，对自己的理论学习起到了巩固的作用。
再次，在安装调试过程中，可以发现理论上可行甚至是仿真结果正确的电路很有可能调试不出结果，这就需要我们来对电路进行整体的分析，考虑到各个环节的影响，才能发现问题。
最后，通过这次课程设计，我发现同学之间的相互合作能够大大的加快我们设计的进程。
许多资料通过同学们之间的资源共享可以达到事半功倍的效果。
这就是我们以后必须要学会的团队合作的精神。
一个人的思想不可能面面俱到，相互合作就能弥补这种不足。
相互学习，以达到共同进步。
本次课程设计提高我的数字电路的水平，不论是在理论学习还是动手能力上，我都有了很大的提高。
希望我们以后还有更多的机会来做课程设计，以便提高我们对所学知识掌握的能力。
5主要参考文献
[1]康华光，电子技术基础数字部分（第五版）（M），北京：
高等教育出版社2006
[2]谢自美，电子线路设计·实验·测试（第三版）（M），武汉：
华中科技大学出版社
[3]阎石，数字电子技术基础（第五版）（M），北京：
高等教育出版社2006
[4]JohnF.Wakely，DigitalDesign-Principle&Practices（ThirdEdition）（M），北京：
高等教育出版社PearsonEducation出版集团2001
[5]林涛，数字电子技术基础（M），北京：
清华大学出版社2006
6元器件清单
表5元件表
序号
元件名称
型号
芯片功能
参数
数量
1
移位寄存器
74LS194
双向移位寄存器
1个
2
与非门
74LS00
二输入四与非门
2个
3
与门
74LS08
二输入四与门
1个
4
非门
74LS04
六非门
1个
5
发光二极管
LED
红色
6只
6
电阻
4.7k
3个
7
200
6个
8
开关
按键
2个
9
双刀双掷
1个
10
电容
0.01uF
1个
11
10nF
1个
12
电位器
100K
2个
13
定时器555
NE555
1个
..
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