PTL數電課程設計汽車尾燈 顯示電路

課程設計任務書題目:汽車尾燈顯示控制電路設計初始條件：汽車尾燈控制電路由四部分組成，控制電路、時鐘發(fā)生電路、邏輯開關及邏輯電平指示。（1）轉彎信號是四狀態(tài)計數電路，可由小規(guī)模觸發(fā)器構成，也可由中規(guī)模計數器構成。（2）時鐘產生電路，可由555定時器構成1Hz信號和50Hz信號（用于停車時，尾燈亮度為正常一半）。要求完成的主要任務:設計構成一個控制汽車六個尾燈的電路，用六個指示燈模擬六個尾燈（汽車尾部左右每側三個燈），并用兩個撥動式（乒乓）開關作為轉彎信號源；一個兵乓開關用于指示右轉彎，一個乒乓開關用于指示左轉彎，如果兩個乒乓開關都被接通，說明駕駛員是一個外行，緊急閃爍器起作用。右轉彎時三個右邊的燈應動作，左邊的燈則全滅，右邊的燈周期性明亮與暗，一周約需一秒，對于左轉彎，左邊燈的操作應相類似；當緊急閃爍起作用時，六個尾燈大約以1Hz的頻率一致地閃爍著亮與暗。同時，電路還用一個開關模擬腳踏制動器，制動時，若轉彎開關未合上（或錯誤地將兩個開關均合上的情況）所有六個尾燈均連續(xù)燃亮，在轉彎的情況下，三個轉向的尾燈應正常動作，另三個尾燈連續(xù)亮。另一個開關模擬停車，停車時，全部尾燈亮度為正常的一半。時間安排：第17周（7、8節(jié)）：理論講解，新1-02第18～19周：理論設計及實驗室安裝調試；地點：鑒主15通信工程實驗室（1），鑒主13通信工程專業(yè)實驗室；第20周：撰寫設計報告及答辯；地點：鑒主17樓研究室。指導教師簽名：年月日系主任（或責任教師）簽名：年月日目錄摘要 3Abstract 41設計任務及要求 51.1設計任務 52電路設計原理分析 62.1設計電路框圖 62.2汽車工作狀態(tài)分析 63各部分電路方案的選取及認證 83.1秒脈沖電路的設計 83.2開關控制電路的設計 83.3三進制計數器電路的設計 103.4譯碼與顯示驅動電路的設計 144完整電路圖 175仿真結果分析 185.1時鐘脈沖電路 185.2開關控制電路 195.3三進制計數電路 205.4譯碼與顯示驅動電路 215.5汽車尾燈控制電路 22附錄一主要元器件 26附錄二主要參考文獻 27摘要隨著經濟的發(fā)展，汽車越來越被人們所需要，而由此也引發(fā)了一系列的問題。比如，因為汽車的突然轉向所引發(fā)的車禍經常出現。如果汽車轉彎可以通過尾燈狀態(tài)的變化來確定就可以提示司機、行人朋友們車子正在轉彎，一定程度的避免車禍的發(fā)生。本文是關于汽車尾燈控制電路的設計，根據汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關系，分析并設計電路。整個電路由模式控制電路，三進制計數器，譯碼與顯示驅動電路，尾燈狀態(tài)顯示4部分組成。分析了使能控制信號與模式控制變量、時鐘脈沖的關系，運用J—K觸發(fā)器、3—8譯碼器等實現了根據汽車的運行狀態(tài)，指示燈顯示4種不同的模式。本文詳細的介紹了電路的設計思路及其實現過程，包括了整個設計流程。關鍵字：模式控制電路;三進制計數器;J—K觸發(fā)器；3—8譯碼器；AbstractWiththedevelopmentofeconomy,thecarbecomesmoreandmorepeopleneed,anditalsocausedaseriesofquestions.Forexample,becausethecarturnedsuddenlyhavecrashesoftenappear.Ifcarturncanthroughthetaillightsthechangeofstatetodeterminecantipdrivers,pedestriansfriendscaristurning,somedegreeofavoidtrafficaccidenthappen.Thispaperisaboutthedesignoftheoutsourcingcontrolcircuit,accordingtotheautomobiletaillightshowstatusandthecarrunningstateofrelations,analysisanddesigncircuits.Thewholecircuitbymodecontrolcircuit,ternarycounter,decodeanddisplaydrivercircuit,taillightscomposedoffourstatedisplay.Thatcancontrolsignalanalysisandmodelcontrolvariables,therelationshipbetweentheclockpulse,usingJ-Kflip-flop,3,8decoderisrealizedforcaroperationstate,accordingtofourdifferentkindsoflightsdisplaymode.Thispaperintroducedthedesignthoughtofthecircuitanditsimplementationprocess,includingthewholedesignprocess.Keyword:modecontrolcircuit;Ternarycounter;J-Ktrigger;3-8decoder;汽車尾燈顯示控制電路設計1設計任務及要求1.1設計任務設計構成一個控制汽車六個尾燈的電路，用六個指示燈模擬六個尾燈（汽車尾部左右每側三個燈），并用兩個撥動式（乒乓）開關作為轉彎信號源；一個兵乓開關用于指示右轉彎，一個乒乓開關用于指示左轉彎，如果兩個乒乓開關都被接通，說明駕駛員是一個外行，緊急閃爍器起作用。暗亮圖1.1.1尾燈閃爍器圖1.1.1尾燈閃爍器右轉彎時三個右邊的燈應動作，左邊的燈則全滅，右邊的燈周期性明亮與暗，一周約需一秒，對于左轉彎，左邊燈的操作應相類似；當緊急閃爍起作用時，六個尾燈大約以1Hz的頻率一致地閃爍著亮與暗。同時，電路還用一個開關模擬腳踏制動器，制動時，若轉彎開關未合上（或錯誤地將兩個開關均合上的情況）所有六個尾燈均連續(xù)燃亮，在轉彎的情況下，三個轉向的尾燈應正常動作，另三個尾燈連續(xù)亮。另一個開關模擬停車，停車時，全部尾燈亮度為正常的一半。2電路設計原理分析2.1設計電路框圖整個電路可由秒脈沖電路、開關控制電路、三進制電路、譯碼與顯示驅動電路、尾燈狀態(tài)顯示5部分組成，如圖2.1所示。圖2.1設計框圖圖2.1設計框圖開關控制電路顯示、驅動電路開關控制電路顯示、驅動電路譯碼電路三進制計數器尾燈電路2.2汽車工作狀態(tài)分析在不同工作狀態(tài)下汽車的尾燈工作情況如下：（1）正常運行：六燈連續(xù)亮。（2）汽車左轉：右燈全滅，左燈按上述要求周期性地閃亮。（3）汽車右轉：左燈全滅，右燈按上述要求周期性地閃亮。（4）左右開關均閉合：六燈以1Hz的頻率閃動。（5）汽車停車：六燈均亮且亮度為正常時的一半。在整個電路圖中，設置五個開關，分別控制左轉、右轉、清零、停車、制動時的尾燈工作狀態(tài)，汽車在左轉時，右邊三燈R1R2R3為：000，左邊三燈L1L2L3為：000—100—110—111—000依次循環(huán)并以T=1s為周期，汽車右轉時，左邊的燈L1L2L3為：000，右邊的燈R1R2R3為：000—100—110—111—000依次循環(huán)。在清零信號加入后L1L2L3R1R2R3為：000000。當停車和制動時L1L2L3R1R2R3為：111111。循環(huán)亮燈的部分可通過雙向移位寄存器實現，本實驗中采用的是兩片74LS194，而六個尾燈可用六個發(fā)光二極管表示。其他控制部分的電路可通過邏輯門實現?？刂谱兞縆1K0汽車運行狀態(tài)左側的3個指示燈DL1DL2DL3右側的3個指示燈DR1DR2DR300正向行駛熄滅狀態(tài)熄滅狀態(tài)01右轉彎行駛熄滅狀態(tài)按DR1DR2DR3順序循環(huán)點亮10左轉彎行駛按DL3DL2DL1順序循環(huán)點亮熄滅狀態(tài)11臨時剎車左右兩側的指示燈在時鐘脈沖CP作用下同時閃爍表一表一汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關系控制變量K1K0計數器狀態(tài)Q1Q0汽車尾燈DL1DL2DL3DR1DR2DR300dd000000010001100000000001000100011000011000101010000000000011ddCPCPCPCPCPCP表二表二汽車尾燈控制器功能表3各部分電路方案的選取及認證3.1秒脈沖電路的設計方案一：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諧振頻率fs，而與電路中的R、C的值無關。所以此電路能夠得到頻率穩(wěn)定性極高的脈沖波形，它的缺點就是頻率不能調節(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)生器的設計，但在實際實物實現中穩(wěn)定性不夠，頻率調節(jié)精確度難以把握，所以沒有采用此電路。

方案二：由555定時器構成的多諧振蕩器

由555定時器構成的多諧振蕩器。555定時器的管腳圖如圖3.1.1所示。由于555定時器內部的比較器靈敏度高，輸出驅動電流大，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。圖3.1.2為由555定時器構成的多諧振蕩器。圖3.1.2多諧振蕩器電路圖3.1.2多諧振蕩器電路圖3.1.1555定時器管腳圖3.2開關控制電路的設計設譯碼器與顯示驅動電路的使能控制信號為G和F，G與譯碼器74LS138的使能輸入端G1相連接，F與顯示驅動電路中與非門的一個輸入端相連接。由總體邏輯功能可知，G和F與開關控制變量，K1、K0以及時鐘脈沖CP之間的關系如表三所示。模式控制K1K0時鐘脈沖CP使能控制信號GF電路工作狀態(tài)00d01汽車正向行駛（此時譯碼器不工作，譯碼器輸出全部為高、顯示驅動電路中的與非門輸出均為低，反相器輸出均為高，尾燈全部熄滅）01d11汽車右轉彎行駛（此時譯馬碼器在計數器控制下工作，顯示驅動電路中的與非門輸出取決于譯碼器輸出，右側尾燈DR1DR2DR3在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮）10d11汽車左轉彎行駛（此時譯碼器在計數器控制下工作，顯示驅動電路中的與非門輸出取決于譯碼器輸出，左側尾燈DL1DL2DL3在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮）11CP0CP汽車臨時剎車（此時譯碼器不工作，譯碼器輸出全部為高，時鐘脈沖CP通過顯示驅動電路中的與非門作用到反相器輸出端，使左右兩側的指示燈在時鐘脈沖CP作用下同時閃爍）表表三使能控制信號與模式控制變量、時鐘脈沖的關系根據表三所示關系，可求出使能控制信號G和F的邏輯表達式為:(公式一)（公式二）由以上公式可得開關控制電路，如圖3.2.1。圖3.2.1開關控制電路圖3.2.1開關控制電路3.3三進制計數器電路的設計三進制計數器的狀態(tài)表如表四所示。現態(tài)Q1Q2次態(tài)Q1n+1Q0n+100011011011000dd表四三進制計數器狀態(tài)表表四三進制計數器狀態(tài)表方案一：由D觸發(fā)器構成的三進制計數器

兩個D觸發(fā)器可由一片雙D觸發(fā)器7474芯片實現（7474芯片引腳圖如圖3.3.1所示），以及7400與非門和7404非門來實現此電路。

由于電路結構較之上一方案有點復雜，而且需要三個芯片（至少兩個），成本較高，因此不采用此方案。

方案二：由J-K觸發(fā)器構成的三進制計數器

由于電路中只需采用一片雙J-K觸發(fā)器7476芯片即可（7476芯片引腳圖如圖3.3.2所示，功能表如表五所示）。有兩個74LS76組成，電源為5V直流電源。JK觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)，兩片芯片的K端均接高電平，第二片Q端為反饋端，當CLK到達亮電平時，即J-K觸發(fā)器觸發(fā)，J=-Q，輸出Q2Q1值依次為：00；01；10三種狀態(tài)。結果為二進制數的0，1，2。組成的三進制計數器電路如圖3.3.3所示。方案三：16進制計數器74LS161構成芯片74LS161的引腳圖如圖3.3.4所示，功能表如表六所示。其組成的三進制計數器電路圖如圖3.3.5所示。圖3.3.174LS74引圖3.3.174LS74引腳圖圖3.3.圖3.3.274LS76引腳圖表五74LS76功能表.表五74LS76功能表圖3.3.3三進制計數器電路一圖3.3.圖3.3.3三進制計數器電路一圖3.3.374LS161引腳圖圖3.3.474LS161引腳圖圖3.3.474LS161引腳圖表六74LS161功能表表六74LS161功能表圖3.3.5三進制計數器電路二圖3.3.5三進制計數器電路二方案選擇：對方案二和方案三進行比較后可知，和方案二相比，方案三的電路相對簡單且容易實現，所用的芯片數量較少且不需要經過復雜的設計過程即可實現電路所需的功能。本報告選擇方案三。3.4譯碼與顯示驅動電路的設計譯碼與顯示驅動電路的功能是：在模式控制電路輸出和三進制計數器狀態(tài)的作用下，提供6個尾燈控制信號，當譯碼驅動電路輸出的控制信號為低電平時，相應指示燈點亮。因此，譯碼與顯示驅動電路可為3—8線譯碼器74LS138（芯片74LS138引腳圖如圖3.4.1所示，功能表如表七所示）、6個與非門和6個反相器構成。當G=F=1、K1=0時，對應計數器狀態(tài)Q1、Q0為00、01、10，譯碼器輸出Y0、Y1、Y2依次為0，使得指示燈DR1、DR2、DR3對應的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈DR1DR2、DR3依次順序點亮，示意汽車右轉彎；當G=F=1、K=1時，對應計數器狀態(tài)Q1、Q0為00、01、10，譯碼器輸出Y4、Y5、Y6依次為0，使與指示燈DL3DL2`DL1對應的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈DL3—DL2—DL1依次順序點亮，示意汽車左轉彎；當G=0，F=1時，譯碼器輸出為全1，使所有指示燈對應的反相器輸出全部為高電平；指示燈全部熄滅；當G=0，F=CP時，所有指示燈隨CP的頻率閃爍。實現了4種不同模式下的尾燈狀態(tài)顯示。譯碼顯示電路如圖3.4.2所示。圖3.4.174LS138引腳圖圖3.4.174LS138引腳圖表七74LS138功能表表七74LS138功能表圖3.4.2譯碼與顯示驅動圖3.4.2譯碼與顯示驅動電路4完整電路圖圖4.1汽車尾燈顯示控制電路設計總電路圖圖4.1汽車尾燈顯示控制電路設計總電路圖5仿真結果分析本報告運用Multisim10仿真軟件對部分電路進行了仿真。5.1時鐘脈沖電路仿真電路如圖5.1.1所示。.圖5.1.1時鐘脈沖仿真電路圖5.1.1時鐘脈沖仿真電路圖5.1.2時鐘脈沖電路仿真結果仿真波形結果如圖5.1.2所示。圖5.1.2時鐘脈沖電路仿真結果由圖16可知產生的脈沖頻率約等于1HZ。5.2開關控制電路仿真電路如圖5.2.1所示。圖5.2.1開光控制仿真電路圖5.2.1開光控制仿真電路仿真波形結果如圖5.2.2所示。圖5.2.2開關控制電路仿真結果圖5.2.2開關控制電路仿真結果5.3三進制計數電路仿真電路如圖5.3.1所示。圖5.3.1三進制計數仿真電路圖5.3.1三進制計數仿真電路仿真波形結果如圖5.3.2所示。圖5.3.2三進制計數電路仿真結果圖5.3.2三進制計數電路仿真結果5.4譯碼與顯示驅動電路仿真電路如圖5.4.1所示。圖5.4圖5.4.1顯示與譯碼驅動仿真電路仿真波形結果如所示。圖5.4.2顯示與譯碼驅動電路仿真結果圖5.4.2顯示與譯碼驅動電路仿真結果5.5汽車尾燈控制電路當汽車正常運行時，S1=S0=0,使G=0,A=1，74LS138的輸出端全為1，G6~G1的輸出端也全為1，指示燈全滅燈。仿真結果如圖5.5.1所示。圖5.5.1正常運行時電路仿真圖5.5.1正常運行時電路仿真當汽車左拐時，S1=1,S0=0時，使得A=G=1,74LS138對應的輸出端4Y、5Y、6Y依次為0有效，即反相器G4~G6的輸出端依次為0，故指示燈→D5→D6按順序點亮，示意汽車左轉彎。仿真結果依次如圖5.5.2、圖5.5.3、圖5.5.4所示。圖5.5.2指示燈D4圖5.5.2指示燈D4亮圖5.5.4圖5.5.3圖5.5.4圖5.5.3當汽車右拐時，S1=0,S0=1時，使能信號A=G=1，計數器的狀態(tài)為00，01，10時，74LS138對應的輸出端0Y,1Y,2Y依次為0有效(4Y,5Y,6Y信號為“1”無效)，即反相器G1~G3的輸出端也依次為0，故指示燈D1→D2→D3按順序點亮示意汽車右轉彎。仿真結果依次如圖5.5.5、圖5.5.6、圖5.5.7所示。圖5.5.5圖5.5.5 圖5.5.7圖5.5.6圖5.5.7圖5.5.6當汽車剎車時，S1=S0=1時，G=0，A=CP，指示燈隨CP的頻率閃爍。仿真結果如所示。圖5.5.8圖5.5.8汽車剎車時電路仿真結果6收獲、體會和建議這次的數字電路課程設計，是對我們這一學期學習數字電子技術知識的一次檢測和考驗。在這次課程設計中，通過到網上或圖書館中搜集資料，自己思考設計電路