數(shù)電課設(shè)_汽車尾燈控制器的電路設(shè)計說明

1、.課程設(shè)計任務(wù)書學生：專業(yè)班級：指導教師：工作單位：題目:汽車尾燈控制器的電路設(shè)計仿真與制作初始條件：利用中、小規(guī)模集成電路芯片7400、 7404、 74138、 7476 、7486 和其它器件實現(xiàn)對汽車尾燈顯示的控制功能。電路組成框圖如圖1 所示。（也可以使用單片機系統(tǒng)設(shè)計）圖 1 汽車尾燈控制電路框圖要求完成的主要任務(wù) :（包括課程設(shè)計工作量及技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計工作量：1 周完成對汽車尾燈控制器的設(shè)計、仿真、裝配與調(diào)試。2、技術(shù)要求：設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)各有3 個指示燈（用發(fā)光管模擬），要求是：汽車正常行駛時，尾燈全部熄滅。當汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3 個指示燈按

2、右循順序點亮。當汽車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3 個指示燈按左循順序點亮。臨時剎車時，所有指示燈同時閃爍。選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。制作實際運行裝置。3、查閱至少 5 篇參考文獻。按理工大學課程設(shè)計工作規(guī)要求撰寫設(shè)計報告書。全文用 A4 紙打印，圖紙應符合繪圖規(guī)。時間安排：1）第 1-2 天，查閱相關(guān)資料，學習設(shè)計原理。2）第 3-4 天，方案選擇和電路設(shè)計仿真。3）第 4-5 天，電路調(diào)試和設(shè)計說明書撰寫。4）第 6 天，上交課程設(shè)計成果及報告，同時進行答辯。指導教師簽名：年月日系主任（或責任教師） 簽名：年月日.下載可編輯

3、.目錄摘要 .11.系統(tǒng)總體設(shè)計 .21.1設(shè)計方案構(gòu)思 .21.2電路原理框圖 .22.各模塊方案及電路參數(shù) .32.1脈沖產(chǎn)生電 .32.1.1電路方案 .32.1.2電路原理圖 .32.1.3電路參數(shù) .42.2三進制電路 .52.2.1電路設(shè)計 .52.2.2電路原理圖 .62.3開關(guān)控制電路 .72.3.1電路工作原理 .72.3.2電路原理圖 .72.4譯碼驅(qū)動電路 .82.3.1電路工作原理 .82.3.2電路原理圖 .84. Multisim仿真 .94.1脈沖產(chǎn)生電路仿真 .94.2電路整體仿真圖 .105.實物測試 .116.總結(jié) .127.元件清單 .138.附錄 .14

4、參考文獻 .17.下載可編輯 .摘要數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程是一門實用的專業(yè)基礎(chǔ)課，而該課程的課程設(shè)計就是為了讓我們鞏固在理論課和實驗課程中學習到的知識。本次課程設(shè)計要求是做一個汽車尾燈控制電路，使用開關(guān)控制汽車尾燈在右轉(zhuǎn)彎時右尾燈右循環(huán)亮，左轉(zhuǎn)彎時左尾燈左循環(huán)量，剎車時全部一起閃爍，正常行駛時燈全滅，并通過LED模擬尾燈顯示結(jié)果。本次課設(shè)要求我們綜合理論課程中的知識，先運用Multisim來設(shè)計一個汽車尾燈控制電路，并通過開關(guān)和LED燈來模擬顯示結(jié)果。為完成本次課設(shè)任務(wù)要求，將整個尾燈控制系統(tǒng)分為四部分：開關(guān)模擬左右轉(zhuǎn)及剎車、555 多諧震蕩產(chǎn)生脈沖信號、譯碼驅(qū)動電路、三進制計數(shù)電路。本次課程設(shè)

5、計經(jīng)過方案論證- 電路設(shè)計 - 電路實現(xiàn) - 安裝調(diào)試 - 系統(tǒng)測試 - 總結(jié)報告等過程，達到了提高動手能力和電子技術(shù)實踐技能的目的。關(guān)鍵詞 ：開關(guān)控制，三進制，譯碼驅(qū)動，555 多諧震蕩， LED模擬尾燈顯示。.下載可編輯 .1. 系統(tǒng)總體設(shè)計1.1設(shè)計方案構(gòu)思設(shè)計方案：將設(shè)計電路分為四個模塊：脈沖產(chǎn)生電路、開關(guān)控制電路、三進制技術(shù)電路、譯碼及 LED模擬汽車尾燈顯示模塊共四部分可達到基本要求。（ 1）脈沖產(chǎn)生電路：主要由 555 芯片構(gòu)成多諧振蕩器，分別設(shè)置好電阻 R1、 R2 和電容 C1 的值，可得到所需的脈沖頻率和占空比。（ 2）開關(guān)控制電路：通過三個開關(guān)模擬剎車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，并以7

6、400 與非門、 7404非門、 7486 或非門輔助控制，當左轉(zhuǎn)開關(guān)閉合，左邊的尾燈按左循環(huán)依次點亮；當右轉(zhuǎn)開關(guān)閉合，右邊的尾燈按右循環(huán)依次點亮；當剎車開關(guān)閉合，所有尾燈同時隨脈沖相應地閃爍；所有開關(guān)都打開時，車正常行駛，全部燈滅。（ 3）三進制電路：按課設(shè)所給初始條件，確定用兩個 JK 觸發(fā)器構(gòu)成三進制加法計數(shù)電路，實現(xiàn)從 00-01-10-00 循環(huán)計數(shù)。（ 4）譯碼驅(qū)動電路：為實現(xiàn)課設(shè)所要求功能，在對三進制電路譯碼時，右轉(zhuǎn)開關(guān)閉合，實現(xiàn) 000-001-000 譯碼；左轉(zhuǎn)開關(guān)閉合時，實現(xiàn) 100-101-110-100 譯碼；剎車開關(guān)閉合時電路不譯碼1.2電路原理框圖開關(guān)控制LED 模

7、擬尾燈電路譯碼驅(qū)動燈顯示電路秒脈沖產(chǎn)生三進制計數(shù)電路器圖 1 電路系統(tǒng)流程圖.下載可編輯 .2. 各模塊方案及電路參數(shù)2.1脈沖產(chǎn)生電電路方案由 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器：由 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。由于 555 定時器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穩(wěn)定，不易受干擾，因此采用此方案。 555 定時器的管腳圖見附錄 1。電路原理圖如圖 2 所示，為整流濾波電路的電路原理圖。圖 2 555 多諧震蕩器電路圖.下載可編輯 .電路參數(shù)以我們在設(shè)計的時候是用 555

8、 定時器設(shè)計的一個脈沖產(chǎn)生源，占空比約為 50%，它產(chǎn)生的頻率 f 約為 1HZ。然后通過計數(shù)器就能控制汽車尾燈在循環(huán)點亮的時候時間間隔約為 1S，這樣就能讓人很清楚的明白該汽車的動作以采取相應的動作從而避免交通事故的發(fā)生。要使占空比約為50%，則 R2>>R1，令 C1=1uF，當f1. 43（式 1）1HZ（ R1 2R2)C1則 R2=500k ，再令 R1=25K ，此時tPH=(R1+R2)C1 ln20.364s（式 2）tPL=R2C1 ln20.347s（式 3）頻率： f11. 41HZ（式 4）t PLt PH占空比：q（%）R1R22550051. 2%（式

9、）R12R22550025其中 VC為電容 C1兩端充放電波形， V0 為 555 芯片 3 端輸出的波形 Vc2 VCC31VCC3t0Vo0t PHt PLt圖 3 555 多諧振蕩器工作波形圖.下載可編輯 .2.2 三進制電路電路設(shè)計由 J-K 觸發(fā)器構(gòu)成的三進制計數(shù)器三進制加法計數(shù)器需要兩個二進制數(shù)組成，故電路中只需采用兩個J-K 觸發(fā)器，即一片雙 J-K 觸發(fā)器 7476 芯片即可（ 74LS76芯片引腳圖見附錄2），因此電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，所以選用此方案。詳細設(shè)計如下：1） JK 觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：0001Q1Q010圖 4 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2） 兩個 JK 觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下：表

10、 1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表nnn+1n+1Q1Q0Q1Q0000101101000113) 狀態(tài)方程：n 1nnQQ? Q（式 6）110Q0n 1Q1n? Q0n（式 7）.下載可編輯 .3） 由于 J-K 觸發(fā)器的特性方程為Qn 1J QnKQn（式 8）結(jié)合狀態(tài)方程和驅(qū)動方程可得兩個J-K 觸發(fā)器的驅(qū)動方程如下：Q0：J0=nQ1K0=1（式 9）Q1：J1=Q0nK1=1（式 10）電路原理圖如圖 5 為三進制加法計數(shù)器電路圖。圖中上面的J-K 觸發(fā)器為低位Q0，下面的為高位 Q1，將兩個觸發(fā)器的 CLK接同一個時鐘信號。因為不需要用到置數(shù)與清零，兩觸發(fā)器的 CLR和 PR 端都接電源，使其置

11、1 而無效。 Q0 中的 J 接 Q1的 Q1n 輸出端， Q1中的 J 接 Q0的 Q0n 輸出端，兩觸發(fā)器的K 均接電源置1，這樣就構(gòu)成了同步三進制加法計數(shù)器。圖 5 三進制電路原理圖.下載可編輯 .2.3開關(guān)控制電路電路工作原理電路開關(guān)一端接地， 一端接電源， 當開關(guān)打開時，接出一端為高電平；當開關(guān)閉合，接出一端為低電平。剎車開關(guān)輸出接 7404 非門，在與脈沖接 7400 與非門，可以實現(xiàn)在剎車開關(guān)閉合時，此路輸出電平隨脈沖變化而變化，為實現(xiàn)剎車時燈閃爍這一功能做準備。左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)開關(guān)接 7486 異或門在與剎車開關(guān)接 7400 與非門，輸出端接譯碼器低電平有效的使能端， 當左右轉(zhuǎn)開關(guān)同一

12、狀態(tài)或剎車開關(guān)閉合式， 輸出高電平，譯碼器不工作。左轉(zhuǎn)開關(guān)輸出端接譯碼器高位輸入端 C，當左轉(zhuǎn)開關(guān)打開， 右轉(zhuǎn)開關(guān)閉合時， C端為1，譯碼器實現(xiàn) 100-101-110-100 循環(huán)譯碼；當右轉(zhuǎn)開關(guān)打開，做轉(zhuǎn)開關(guān)閉合時， C端為0，譯碼器實現(xiàn) 000-001-000 循環(huán)譯碼。當三個開關(guān)都打開時，汽車正常行駛，尾燈不工作。（74LS00、 74LS04、74LS86功能及引腳圖見附錄3）電路原理圖如圖 6 為開關(guān)控制電路原理圖。接驅(qū)動電路接譯碼器使能端接譯碼器輸入高位端口C圖 6開關(guān)控制電路原理圖.下載可編輯 .2.4譯碼驅(qū)動電路電路工作原理譯碼電路按要求使用74138 譯碼芯片，其為 3 線

13、-8 線譯碼器。 LED燈正向接 7400與非門的輸出端，反向接保護電阻后接地。當使能端G2 A 輸入為低電平時，譯碼器正常工作，若 C口輸入高電平 1 且 LED燈前與非門的公共輸入端為1 時，譯碼器 Y4、Y5、Y6依次輸出低電平0，經(jīng)過與非門后變?yōu)楦唠娖剑?LED燈 4、5、6 循環(huán)點亮，若 C口輸入低電平 ，則譯碼器、 、 依次輸出低電平，燈 、 、 循環(huán)點亮。當使能端G0Y0 Y1 Y20LED 1232A輸入為高電平 1 時，譯碼器不工作，全部輸出口為高電平，則LED燈隨與非門另一輸入信號變化而變化。 (74LS138 芯片資料詳見附錄4)電路原理圖如圖 7 為譯碼驅(qū)動電路的連線圖

14、，每個LED燈后接保護電阻，當LED燈前的與非門輸出高電平時， LED燈會被電路，即通過譯碼驅(qū)動電路輸出的電平高低來控制LED燈的亮與滅，從而實現(xiàn)課設(shè)要求。Q0Q1圖 7 譯碼驅(qū)動電路原理圖.下載可編輯 .4.Multisim仿真4.1脈沖產(chǎn)生電路仿真如圖 8 所示 , 仿真中示波器 A 通道接 555 多諧震蕩器的輸出端，通道B 接電容 C1兩端，可觀察 555 多諧震蕩器的工作波形。圖 8 脈沖電路仿真接線圖其仿真波形圖如圖1 所示，從圖中可知其波形如設(shè)計原理中一致，電容C1 電壓兩端在1/3VCC至 2/3VCC 之間，當電容充電時輸出高電平，放電時輸出低電平，且可觀察到占空比約為50%

15、。圖 9 脈沖電路仿真結(jié)果圖.下載可編輯 .4.2 電路整體仿真圖如圖為剎車開關(guān)閉合時所有LED燈一起閃爍的現(xiàn)象圖。由于實際中不可能同時左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，所以電路中左轉(zhuǎn)開關(guān)和右轉(zhuǎn)開關(guān)用與非門連接起來，避免其出現(xiàn)同時閉合且剎車開關(guān)打開時仍然有燈亮的狀況。圖 10 尾燈控制電路整體仿真連線圖如表 2 所示為改變開關(guān)S1、S2、S3 的狀態(tài)后所觀察到的現(xiàn)象。表 2仿真現(xiàn)象記錄表開關(guān)狀態(tài)現(xiàn)象左轉(zhuǎn)（S1） 剎車（ S2）右轉(zhuǎn)（ S3）開開開不亮閉開開D1、 D2、 D3 依次循壞亮開開閉D6、 D5、 D4 依次循壞亮閉開閉不亮x閉xD1D6同時閃爍.下載可編輯 .5. 實物測試分別閉合左轉(zhuǎn)、 右轉(zhuǎn)、剎車

16、開關(guān)測試實物現(xiàn)象如圖 10 所示。（a）圖為閉合右轉(zhuǎn)開關(guān)后的現(xiàn)象圖中一種，連續(xù)現(xiàn)象為此 3 個右循環(huán)依次點亮；（b）圖為閉合左轉(zhuǎn)開關(guān)后的現(xiàn)象圖中一種，連續(xù)現(xiàn)象為此 3 個左循環(huán)依次點亮；（c）圖為閉合剎車開關(guān)后的現(xiàn)象圖中一種，連續(xù)現(xiàn)象為 6 個燈隨脈沖同時亮同時滅。（ a）（b）（ c）圖 11 實物測試結(jié)果圖.下載可編輯 .6. 總結(jié)課程設(shè)計中的遇到的問題：（ 1） 555 振蕩器所設(shè)計的脈沖電路仿真時，若嚴格按照頻率1HZ要求選定電阻，仿真中因為電阻太大而不能產(chǎn)生方波，在焊接實物時R2 選用 25K電阻時，頻率為28HZ左右，不能觀察到脈沖，改用500 K時，能觀察到脈沖，且頻率為1.4H

17、Z，符合要求。這讓我知道，要大膽的去嘗試，才有成功的可能。（2）電路芯片較多，線路較為復雜，在焊接實物時，沒有花更多的時間去設(shè)計電路走線，導致實物外觀不整潔，今后應加強。心得體會：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)是電信專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程設(shè)計是我們理論聯(lián)系實際的最好途徑，在課程設(shè)計中，我們要將書本上的知識利用到實際的分析解決問題中去，這樣使我們更加牢固的掌握分析與設(shè)計的基本知識與理論，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)計的基本方法，為以后的學習奠定基礎(chǔ)。這次課程設(shè)計題目是比較簡單的，雖然用的元器件不少，所需知識點也不少，但是原理都比較簡單，設(shè)計電路是并不復雜。由于仿真軟件的

18、差別導致 555 振蕩器設(shè)計的脈沖源不能正常工作，導致了我在做實物時遇到了問題。而數(shù)字電子技術(shù)所涉及的電路中芯片多、連線復雜，在焊接實物時也必須認真小心，而我的實物雖然成功，但走線復雜，焊接并不好看，以后有待加強。從一開始接受課程任務(wù)，后著手建立設(shè)計框圖，查閱相關(guān)資料，確定電路圖到，最后焊接實物，每一步都必須真誠付出。剛開始我是做的并不成功，但經(jīng)過種種努力，最終實現(xiàn)了課程設(shè)計作業(yè)的全部功能。通過本次課程設(shè)計，我深入掌握了 555 芯片以及譯碼器，觸發(fā)器的原理以及應用，在每一次的實踐中提高了我的耐心。另外，我們學習到的理論知識在這次實踐課程中也用上去了，理論和實踐結(jié)合，自然而然地提高我們的綜合實

19、踐能力，在未來的發(fā)展上打下一個小基礎(chǔ)。.下載可編輯 .7. 元件清單表 3所需元件表元件數(shù)量直流電源 5V1電阻（ 500K）1電阻（ 200）6電阻（ 510）3電阻（ 25k）1電容（ 1uF）1電容（ 0.1uF ）1555 芯片17400 四與非門芯片27404 六非門芯片17486 四異或門芯片17476 雙 J-K 觸發(fā)器174138 譯碼器1LED燈6單刀單擲開關(guān)3.下載可編輯 .8. 附錄1.555 芯片資料555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555 ，除單定時器外。 555 定時器的電源電壓圍寬，可在 5V16V 工作，輸出驅(qū)

20、動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL 、CMOS或者模擬電路電平兼容。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。圖 12 555 芯片管腳圖2.74LS76 芯片資料74LS76 是帶有置位和清零的雙J-K 觸發(fā)器，每個觸發(fā)器都有一個單獨清零和置“1”端，有 Q互補輸出。 CLK和 PR分別輸入低電平時，分別實現(xiàn)清零和置1 功能，輸入為高電平時，觸發(fā)器正常工作為下降沿觸發(fā)型JK 觸發(fā)器。使用時16 腳接 5V 左右電源。圖 13 74ls76 芯片部及管腳圖.下載可編輯 .3. 邏輯門集成芯片資料（

21、1）74ls00 芯片資料74ls00 是兩輸入的四與非門集成芯片，其表達式為： Y A ? B , 真值表如表 2。使用時，要保證芯片 14 腳接 5-7V 左右直流電壓， 7 腳接地。表 4 74ls00 真值表輸入輸出ABY001011101110（a）（ b）圖 14 74ls00 芯片部及管腳圖（2）74ls04 芯片資料74ls04 是六異或門 TTL 集成芯片，其表達式為YA，圖 14 為其管腳圖。使用時，要保證芯片 14 腳接 5-7V 左右直流電壓， 7 腳接地。.下載可編輯 .圖 15 74ls04 芯片部及管腳圖（3）74ls86 芯片資料74ls86芯片是兩輸入的四異或門TTL 集成芯片，其表達式為：YAB ，表 3為其真值表，圖 1