數(shù)電設(shè)計報告一

1、 目錄1.設(shè)計思路及構(gòu)想11.1 汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系21.2汽車尾燈控制器功能描述22.單元電路設(shè)計方案選擇32.1時鐘脈沖發(fā)生器3方案一：石英晶體振蕩器:3方案二：由NE555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器32.2 三進制計數(shù)器電路的設(shè)計4方案一:由D觸發(fā)器構(gòu)成的三進制計數(shù)器：5方案二：由J-K觸發(fā)器構(gòu)成的三進制計數(shù)器：52.3 譯碼與顯示驅(qū)動電路的設(shè)計63.電路的仿真與分析83.1.電路仿真總電路圖83.2.汽車尾燈控制電路的工作原理94.實驗現(xiàn)象9汽車尾燈控制器設(shè)計摘要：本課題要求設(shè)計一個汽車尾燈的控制電路，系統(tǒng)以三進制計數(shù)器和譯碼器為主控制器，以555定時器為主要信號發(fā)生器，

2、根據(jù)反饋信號決定指示燈的閃爍頻率。該電路是用于反映汽車在運行時的狀態(tài)，汽車尾部左右兩側(cè)各有3個指示燈，根據(jù)控制，當(dāng)接通左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車和正常行駛時，指示燈按照指定的要求閃爍。 關(guān)鍵字：轉(zhuǎn)彎，三進制計數(shù)器，脈沖信號設(shè)計任務(wù)與要求： 假設(shè)汽車尾部左右各有3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬），要求是：1、汽車正常前進時指示燈全滅；2、右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)三個燈按右循環(huán)順序點亮；3、左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)三個燈按左循環(huán)順序點亮；4、臨時剎車時所有指示燈同時閃爍。 1.設(shè)計思路及構(gòu)想 按照以上的要求，可分析設(shè)計將電路分為時鐘脈沖產(chǎn)生電路、三進制計數(shù)電路、譯碼電路、開關(guān)控制電路和驅(qū)動電路幾部分組成。 1.1 汽車尾燈顯示狀態(tài)

3、與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系 為了區(qū)分汽車尾燈的4種不同的顯示模式，需設(shè)置2個狀態(tài)控制變量。假定用開關(guān)K1和K0進行顯示模式控制，可用汽車尾燈顯示狀態(tài)運行的關(guān)系，如下表所示： 開關(guān)控制汽車運行狀態(tài)左尾燈右尾燈 K1 K0D4D5D6D1D2D300正常運行燈滅燈滅01右轉(zhuǎn)彎燈滅按D1D2D3右循環(huán)點亮10左轉(zhuǎn)彎按D4D5D6左循環(huán)亮燈滅11臨時剎車閃爍閃爍 1.2汽車尾燈控制器功能描述 在汽車左右轉(zhuǎn)彎行駛時由于3個指示燈被循環(huán)點亮，所以可用一個三進制計數(shù)器的狀態(tài)控制譯碼器順序輸出高電平，按要求順序點亮3個指示燈。三進制計數(shù)器的狀態(tài)用Q1和Q0表示，可得出描述指示燈D1、D2、D3、D4、D5、D6與開

4、關(guān)控制變量K1和K0，計數(shù)器的狀態(tài)Q1、Q0以及時鐘脈沖CP之間的關(guān)系功能表如下圖所示（“1”表示點亮，“0”表示熄滅） 控制變量計數(shù)器狀態(tài)汽車尾燈K1K0Q1Q2D4D5D6D1D2D300dd0 0 00 0 0 0 1000 0 01 0 00 10 0 00 1 01 00 0 00 0 11 0001 0 00 0 0010 1 00 0 0100 0 10 0 011ddcp cp cp cp cp cp 2.單元電路設(shè)計方案選擇 2.1時鐘脈沖發(fā)生器 方案一：石英晶體振蕩器: 此電路的振蕩頻率僅取決于石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fs，而與電路中的R、C的值無關(guān)。所以此電路能夠得到頻率穩(wěn)

5、定性極高的脈沖波形，它的缺點就是頻率不能調(diào)節(jié)，而且頻帶窄，不能用于寬帶濾波。此電路非常適合秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計，故不太適用于本實驗，所以不采用此電路。 方案二：由NE555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器 由于555定時器內(nèi)部的比較器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動電流大，功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的影響很小。所以由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率比較穩(wěn)定，不易受干擾。 故可以選擇此方案。下圖為555定時器的引腳圖：由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路可根據(jù)R、C確定振蕩周期，其公式為： T=（R1+2R2）C1ln2, 而本實驗中也沒有過多要求LED燈的閃爍頻率，所以我

6、們可以適當(dāng)取R、C的值。下圖即為電路原理圖： 所以由上圖可以看出我們?nèi)〉闹禐椋篟1=200，R2取50K的電位器，可以調(diào)節(jié)LED燈的閃爍頻率，C1=10f,C2=10nf. 2.2 三進制計數(shù)器電路的設(shè)計 三進制的狀態(tài)表如圖所示：現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q1Q0Q1Q000010110100011清零 根據(jù)上面的狀態(tài)表，可以選用以下兩個方案： 方案一:由D觸發(fā)器構(gòu)成的三進制計數(shù)器： 若用此方案，需要兩個D觸發(fā)器、74LS00與非門和74LS04非門來實現(xiàn)此電路。雖然兩個D觸發(fā)器可由一個雙D觸發(fā)器74LS74芯片實現(xiàn)，可是仍還需要3個芯片，成本較高，且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不采用此方案。 方案二：由J-K觸發(fā)器構(gòu)成

7、的三進制計數(shù)器： 若用此方案只需采用一個雙J-K觸發(fā)器74LS76芯片即可完成，電路比較簡單，而且成本較低，所以可以選用此方案。下圖為雙J-K觸發(fā)器74LS76芯片引腳圖： 在本實驗中，雙J-K觸發(fā)器74LS76芯片的電路結(jié)構(gòu)如下圖所示：2.3 譯碼與顯示驅(qū)動電路的設(shè)計譯碼與顯示驅(qū)動電路的功能是：在開關(guān)控制電路輸出和三進制計數(shù)器狀態(tài)的作用下，提供6個尾燈控制信號，當(dāng)譯碼驅(qū)動電路輸出的控制信號為低電平時，相應(yīng)指示燈點亮。因此，譯碼與顯示驅(qū)動電路可用74LS138、6個反相器和6個與非門74LS00構(gòu)成。下圖即為74LS138的引腳圖和功能表：在實驗中74LS138構(gòu)成的電路和尾燈狀態(tài)顯示電路（如

8、下圖）及其功能分析： 1.在圖中，譯碼器的輸入端C、B、A分別接控制電路K1、Q1、Q0。當(dāng)K0=1，K1=0時，對于計數(shù)器狀態(tài)Q1Q0為00、01、10，可使譯碼器Y0，Y1，Y2輸出依次為0，所以與指示燈D1，D2，D3對應(yīng)的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈D1、D2、D3依次右循環(huán)順序點亮，示意汽車右轉(zhuǎn)彎。 2.當(dāng)K0=0，K1=1時，對于計數(shù)器狀態(tài)Q1Q0為00、01、10，可使譯碼器Y4，Y5，Y6輸出依次為0，所以與指示燈D4，D5，D6對應(yīng)的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈D4、D5、D6依次右循環(huán)順序點亮，示意汽車左轉(zhuǎn)彎。 3.K0=K1=0時，所有指示燈對應(yīng)的反相器輸

9、出全部為高電平，指示燈全部熄滅，示意汽車為正常行駛狀態(tài)。 4.K0=K1=1時，所有指示燈會隨CP的頻率閃爍，示意汽車為臨時剎車狀態(tài)。 3.電路的仿真與分析 3.1.電路仿真總電路圖 下圖為電路實物圖：3.2.汽車尾燈控制電路的工作原理 1.首先，通過555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號，該脈沖信號用于提供給雙J-K觸發(fā)器構(gòu)成的三進制計數(shù)器和開關(guān)控制電路中的輸入信號和剎車時直接給LED燈提供脈沖信號。 2.其次，雙J-K觸發(fā)器構(gòu)成三進制觸發(fā)器用于產(chǎn)生循環(huán)信號，來控制汽車左右燈的亮滅，從而示意汽車的左、右拐彎，正常行駛和臨時剎車。 3.最后，是由與非門、反相器和LED構(gòu)成的汽車尾燈狀態(tài)電路，當(dāng)反相器左邊輸入的是高電平，則經(jīng)過反相器后變成低電平，LED燈會亮。當(dāng)反相器左邊輸入的是低電平，則經(jīng)過反相