汽車(chē)尾燈課程設(shè)計(jì)附有完整電路仿真

1、武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 通信0904 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 汽車(chē)尾燈顯示控制電路設(shè)計(jì)初始條件：數(shù)字電路中各種芯片及門(mén)電路multism仿真軟件要求完成的主要任務(wù): 1）用6個(gè)發(fā)光二極管模擬6個(gè)汽車(chē)尾燈（汽車(chē)尾部左、右個(gè)3），用3個(gè)開(kāi)關(guān)作為汽車(chē)拐彎控制信號(hào)。3個(gè)開(kāi)關(guān)分別作為左拐彎燈、右拐彎燈、故障燈；2）當(dāng)汽車(chē)正常直行時(shí)，6個(gè)汽車(chē)尾燈全滅；3）當(dāng)汽車(chē)向右拐彎時(shí)，汽車(chē)右面3個(gè)尾燈從左到右順序亮滅；4）當(dāng)汽車(chē)向左拐彎時(shí)，汽車(chē)左面3個(gè)尾燈從右到左順序亮滅；5）當(dāng)汽車(chē)遇到故障時(shí)，汽車(chē)后面6個(gè)尾燈一起閃爍。時(shí)間安排：第12天：設(shè)

2、計(jì)電路第36天：理論設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)室安裝調(diào)試；第7天：撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯；指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日13汽車(chē)尾燈顯示控制電路設(shè)計(jì)摘 要每天都可以看到馬路上的汽車(chē)在行駛，但是我們不知道其中包含的有關(guān)的數(shù)電科學(xué)知識(shí)，數(shù)字電子技術(shù)幾乎應(yīng)用于每一電子設(shè)備或電子系統(tǒng)中。視頻記錄設(shè)備、光碟、長(zhǎng)途電信及衛(wèi)星系統(tǒng)等，無(wú)一不采用數(shù)字系統(tǒng)。所以，掌握或具有一定的數(shù)字電子技術(shù)對(duì)我們工科類(lèi)大學(xué)生來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。此次課程設(shè)計(jì)接近現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，將我們?cè)谡n堂上的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活當(dāng)中。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要我們對(duì)理論知識(shí)理解透徹，對(duì)所需的各個(gè)電子元件熟悉了解以及具有化繁為簡(jiǎn)的總體設(shè)計(jì)思想。

3、電子產(chǎn)品要求原理簡(jiǎn)單，造價(jià)成本低。因此，越簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)越能吸引制造商的眼球，越能滿(mǎn)足生活要求。汽車(chē)的尾燈是其運(yùn)行方式的最直接表示方式，令行人或其他車(chē)輛清晰明白它將要發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化。從而避免交通事故的發(fā)生。設(shè)計(jì)此電路要求嚴(yán)格符合交通規(guī)則，尾燈閃亮或熄滅準(zhǔn)確，才不會(huì)讓行人或其他車(chē)輛產(chǎn)生誤解，從而達(dá)到安全的目的。目錄1總體設(shè)計(jì)思路圖12設(shè)計(jì)方案22.1參考過(guò)的設(shè)計(jì)方案22.1.1參考方案一22.1.2參考方案二22.1.3參考方案三22.1.4總結(jié)32.2方案電路的詳細(xì)原理33單元電路設(shè)計(jì)53.1時(shí)鐘信號(hào)原設(shè)計(jì)53.2三進(jìn)制計(jì)數(shù)器63.3汽車(chē)尾燈顯示與譯碼驅(qū)動(dòng)電路83.4開(kāi)關(guān)控制電路103.5汽車(chē)尾燈

4、總體電路114仿真及結(jié)果分析124.1整體仿真圖124.2正常運(yùn)行124.3汽車(chē)左拐134.4汽車(chē)右拐144.5汽車(chē)剎車(chē)155實(shí)物圖及性能測(cè)試175.1實(shí)物圖175.2性能測(cè)試176心得與體會(huì)18元器件清單19參考文獻(xiàn)211.設(shè)計(jì)思路分別由時(shí)鐘產(chǎn)生電路，邏輯開(kāi)關(guān)，控制電路和邏輯電平指示四個(gè)比分組成。從而達(dá)到以下4種不同的顯示模式：1汽車(chē)正向行駛時(shí)，左右兩側(cè)的指示燈全部處于熄滅狀態(tài)；2汽車(chē)右轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，右側(cè)的3個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；3汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，左側(cè)的3個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；4汽車(chē)臨時(shí)剎車(chē)時(shí)，左右兩側(cè)的指示燈同時(shí)處于閃爍狀態(tài)。2.設(shè)計(jì)方案 左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)檢查電路方案原理簡(jiǎn)述：r1r2r3

5、 l1l2l3該方案中時(shí)鐘脈沖由555定時(shí)器組成，首先產(chǎn)生脈沖信號(hào),該信號(hào)提供給74ls194。74ls194有四個(gè)輸出端, 圖2 參考方案一接其中的三個(gè)001,010, 100的循環(huán)信號(hào),此信號(hào)提供左,右轉(zhuǎn)時(shí)的原始信號(hào)。 對(duì)信進(jìn)行分揀之后的信號(hào)通過(guò)或門(mén)，實(shí)現(xiàn)電鍵信號(hào)的之間選擇。最終得到的信號(hào)即可輸出到發(fā)光二極管上，實(shí)現(xiàn)所需功能。詳細(xì)原理：汽車(chē)運(yùn)行與尾燈狀態(tài)關(guān)系表如表1所示。表1 汽車(chē)運(yùn)行和尾燈狀態(tài)關(guān)系表開(kāi)關(guān)控制 運(yùn)行狀態(tài) 右側(cè)尾燈 左側(cè)尾燈 s1 s0 d4 d5 d6d1 d2 d3 0 0 正常行駛 燈 滅 燈 滅 0 1 左轉(zhuǎn)彎 燈 滅 按d3 d2 d1順序循環(huán)點(diǎn)亮 1 0 左轉(zhuǎn)彎

6、按d4 d5 d6順序循環(huán)點(diǎn)亮 燈 滅 1 1 臨時(shí)剎車(chē) 所有的尾燈隨時(shí)鐘cp同時(shí)閃爍 其中，s1 、s0為控制開(kāi)關(guān)，代表4種不同的運(yùn)行狀態(tài)。d1、d2、d3代表汽車(chē)左側(cè)的3盞尾燈，d4、d5、d6代表汽車(chē)右側(cè)的3盞尾燈。由于汽車(chē)左右轉(zhuǎn)彎時(shí)，三個(gè)指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點(diǎn)亮。由此得出在每種運(yùn)行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件(s1、s0、cp、q1、q0)的關(guān)系，即邏輯功能表如下表2所示(表中0表示燈滅狀態(tài)，1表示燈亮狀態(tài))。表2 總體電路的邏輯功能表開(kāi)關(guān)控制三進(jìn)制計(jì)數(shù)器六個(gè)指示燈s1s0q1q0d6 d5 d4d3 d2 d100

7、5;×0 0 00 0 001000 0 01 0 0010 0 00 1 0100 0 00 0 110000 0 10 0 0010 1 00 0 0101 0 00 0 011××cp cp cpcp cp cp由上面的邏輯功能表可得出總體框圖，如圖5所示：顯示、驅(qū)動(dòng)電路尾燈開(kāi)關(guān)控制電路譯碼電路電路移位寄存器s0s1圖5 汽車(chē)尾燈控制器的結(jié)構(gòu)框圖3單元電路設(shè)計(jì)3.1時(shí)鐘信號(hào)原設(shè)計(jì)由于汽車(chē)尾燈是的點(diǎn)亮是給人的不同的信息及該車(chē)將要發(fā)生的動(dòng)作，所以汽車(chē)的尾燈在閃爍的時(shí)候不能超過(guò)一定的頻率，但是頻率也不能太小，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候是采用的555定時(shí)器設(shè)計(jì)的一個(gè)脈沖產(chǎn)

8、生源，占空比約為50%，它產(chǎn)生的頻率f約為1hz。然后通過(guò)計(jì)數(shù)器就能控制汽車(chē)尾燈在循環(huán)點(diǎn)亮的時(shí)候時(shí)間間隔約為1s，這樣就能讓人很清楚的明白該汽車(chē)的動(dòng)作以采取相應(yīng)的動(dòng)作從而避免交通事故的發(fā)生。然而在仿真的時(shí)候，1hz的頻率f出現(xiàn)問(wèn)題，則采用1khz的脈沖信號(hào)，而在制作實(shí)物時(shí)則用秒脈沖代替。 常用的555定時(shí)器（lm555ch）的邏輯符號(hào)如圖6所示。圖6 555多諧振蕩器引腳功能如下：管腳1為接地端；管腳2為低電平觸發(fā)器輸入端tri，當(dāng)輸入電平低于vcc/3或vcc/2時(shí)，輸出out為高電平；管腳3為輸出端out；管腳4為復(fù)位端rst。當(dāng)rst=0時(shí)，out=0；管腳5為控制電壓輸入端con；管腳

9、6為高電平觸發(fā)端thr。當(dāng)該端電平高于2vcc/3時(shí)，輸出out為低電平；管腳7為放電端dis；管腳8接電源vcc。該電路構(gòu)成了自激多諧振蕩器，也稱(chēng)無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。電路無(wú)需外加觸發(fā)脈沖，就能輸出矩形脈沖，因輸出矩形脈沖含有很多高次諧波，因此稱(chēng)為多諧振蕩器。其中r1和r2是外接定時(shí)電阻，c1是外接定時(shí)電容。r1，r2，c1構(gòu)成充放電回路。在555多諧振蕩器的輸出端接入示波器，示波器中a通道為得到的矩形脈沖，b通道為電容上波形三角波。調(diào)節(jié)電容c1可得到輸出頻率為1khz。波形如圖7所示。圖7 555多諧振蕩器的輸出波形3.2開(kāi)關(guān)控制電路設(shè)74ls138和顯示驅(qū)動(dòng)電路的使能端信號(hào)分別為g和a，根據(jù)總體

10、邏輯功能表分析及組合得g、a與給定條件(s1、s0、cp)的真值表，如表5所示。表5 控制電路功能表由表5經(jīng)過(guò)整理得邏輯表達(dá)式為 由上式可得開(kāi)關(guān)控制電路如圖12所示。圖12 汽車(chē)尾燈的控制電路3.3總電路圖1.電路圖為：汽車(chē)尾燈控制的總體結(jié)構(gòu)圖2.整體仿真圖（1）正常運(yùn)行當(dāng)汽車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，s1=s0=0,使g端輸入為低電平0,a端輸入為高電平1，此時(shí)74ls138的輸入端不管是低電平還是高電平，輸出端全為1，其結(jié)果導(dǎo)致6個(gè)與非門(mén)的輸入端均為高電平，那么其輸出端將降為低電平；6個(gè)非門(mén)將低電平轉(zhuǎn)為高電平；由于二極管的單向?qū)щ娦裕诮o二極管陽(yáng)極和陰極均加為高電平，指示燈全滅燈，如下圖圖15所示；邏輯

11、分析儀的輸出波形如圖所示。正常運(yùn)行圖（2）汽車(chē)左拐當(dāng)汽車(chē)左拐時(shí)，s1=0,s0=1時(shí)，使a端輸入為高電平，g端輸入為高電平1，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00，01，10時(shí)，74ls138對(duì)應(yīng)的輸出端y0,y1,y2依次為0有效(y4,y5,y6信號(hào)為“1”無(wú)效)，即反相器g1g3的輸出端也依次為0，故指示燈d3d2d1按順序點(diǎn)亮示意汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎。如下圖17所示；邏輯分析儀的輸出波形如圖18所示。左拐指示燈（3）汽車(chē)右拐當(dāng)汽車(chē)右拐時(shí)，s1=1,s0=0時(shí)，使得a端輸入為高電平，g端輸入為高電平, 74ls138對(duì)應(yīng)的輸出端y4、y5、y6依次為0有效，即反相器g4g6的輸出端依次為0，故指示燈d4d5d6按順

12、序點(diǎn)亮，示意汽車(chē)右轉(zhuǎn)彎。如下圖19所示；邏輯分析儀的輸出波形如圖所示。右拐指示燈(4)汽車(chē)剎車(chē)當(dāng)汽車(chē)剎車(chē)時(shí)，s1=s0=1時(shí)，g端輸入為低電平，74ls138的輸入端不管為高電平還是低電平，輸出均為高電平；a端為高電平還是低電平主要取決于時(shí)鐘cp，cp是高電平時(shí)燈不亮，cp低電平時(shí)燈亮；這就造成二極管隨cp高低由暗到亮的現(xiàn)象，指示燈隨cp的頻率閃爍。如下圖21所示；邏輯分析儀的輸出波形如圖所示。剎車(chē)圖圖22 汽車(chē)剎車(chē)邏輯圖6.心得與體會(huì)數(shù)字電子技術(shù)是通信專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，我們進(jìn)行數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是我們理論聯(lián)系實(shí)際的最好途徑，將書(shū)本上的知識(shí)利用到實(shí)際的分析解決問(wèn)題中去，這樣使我們

13、更加牢固的掌握分析與設(shè)計(jì)的基本知識(shí)與理論，更加熟悉的各種不同規(guī)模的邏輯器件，掌握邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)的基本方法，為以后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。 看到設(shè)計(jì)題目后，首先要分析汽車(chē)尾燈顯示狀態(tài)與汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系，然后對(duì)汽車(chē)尾燈控制器進(jìn)行功能描述，確定汽車(chē)尾燈控制器的結(jié)構(gòu)框圖，最后進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，先進(jìn)行模式控制電路的設(shè)計(jì)，然后用到了二-五-十進(jìn)制7490n計(jì)數(shù)器來(lái)組成一個(gè)三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再設(shè)計(jì)譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路，最后用6個(gè)發(fā)光二極管和6個(gè)電阻組成尾燈狀態(tài)顯示電路，各個(gè)結(jié)構(gòu)的電路設(shè)計(jì)好了之后，組合起來(lái)就設(shè)計(jì)好了汽車(chē)尾燈控制器的邏輯電路。通過(guò)本次數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我體會(huì)到了學(xué)習(xí)不但要把書(shū)本知識(shí)

14、學(xué)好，要得弄懂東西還要自己勤翻書(shū)，上網(wǎng)查資料，要勤動(dòng)腦，學(xué)會(huì)思考，可以從各個(gè)方面去思考同一個(gè)問(wèn)題，最重要的是要學(xué)會(huì)學(xué)以致用。把一個(gè)大的電路分割成很多小模塊后會(huì)比較好設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)起來(lái)會(huì)比較靈活，會(huì)有一個(gè)清晰的思路。一方面鍛煉了自己的動(dòng)手能力，另一方面鍛煉了自己分析、解決問(wèn)題的能力。希望今后多能有動(dòng)手實(shí)際操作的機(jī)會(huì)。元器件清單電阻500，6個(gè)移位寄存器74ls194，2個(gè)與非門(mén)74ls00，2個(gè)發(fā)光二極管led，6個(gè)非門(mén)74ls04,2個(gè)三輸入或非門(mén)74ls27，1個(gè)開(kāi)關(guān)switch，2個(gè)與門(mén)74ls08，1個(gè)參考文獻(xiàn)【1】電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，梁宗善主編，武漢：華中理工大學(xué)出版社，1995【2】陳汝全 電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)2版 機(jī)械工業(yè)出版社 2006.1【3】試驗(yàn)電子技術(shù)，李振聲主編，北京：國(guó)