汽车尾灯控制电路LJA.docx
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汽车尾灯控制电路LJA.docx
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汽车尾灯控制电路LJA
课程设计说明书
课程设计名称:
数字电路课程设计
课程设计题目:
汽车尾灯控制电路
学院名称:
信息工程学院
专业:
计算机科学与技术班级:
080611
学号:
080611姓名:
LJA
评分:
教师:
2010年9月15日
摘要
本课题通过TTL系列逻辑门及时序逻辑芯片设计模拟汽车尾灯的控制电路,用来反应汽车运行时的主要状态,汽车尾部左右两侧各有3个指示灯,当汽车进入不同行驶状态(左转、右转、刹车和正常行驶的四种状态),指示灯按照指定要求闪烁。
本设计主要由脉冲产生电路、开关控制电路、三进制计数器电路、译码电路和显示驱动电路等四部分构成。
结构清晰、简单,所用芯片等为实验室通用元器件,实现成本低廉。
理论部分通过multisim10.0软件仿真模拟,效果稳定,达到设计要求。
关键字:
汽车尾灯、状态、脉冲、仿真模拟
目录
前言3
第一章设计任务及要求4
1.1设计任务4
第二章设计方案选择4
2.1设计方案4
2.2方案选择4
第三章系统组成及工作原理5
3.1系统组成5
3.2工作原理5
第四章单元电路设计、参数计算、器件选择7
4.1尾灯电路7
4.2三进制计数器电路8
4.3开关控制电路9
4.4脉冲产生电路10
第五章实验调试和分析13
实验体会14
参考文献15
附录16
前言
经过前期数字逻辑、电路分析等课程的学习,已经掌握了中小规模集成电路的设计。
通过本次课程设计,将理论知识应用到实际生活中。
亲手设计和制作电路,理论与实践的相结合,锻炼了学生运用所学知识解决时间问题的能力,也增加了学生学习的兴趣与动力。
汽车作为现代交通工具已大量进入人们的日常生活,汽车在道路上行驶时状态的对外表现和识别关系到道路交通的安全。
在汽车行驶过程中,左转、右转、刹车和正常行驶是几种最主要的状态。
驾驶员的相应操作通过指示灯不同闪烁传达到外界,从而使路人做出相应的规避,以避免交通事故的发生。
对此部分电路的设计和制造具有非常高的实用意义。
随着电子技术的发展,在一些高档汽车上已经由智能化控制代替人工开关控制,在雨雾天或者路况较差时,智能化的汽车控制可以有效的提高汽车行驶的安全性,减少因人反应延迟或是判断失误而造成的事故。
因此智能化控制电路将是下一步的发展方向。
第一章设计内容及要求
1.1设计任务
假设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯(用发光二极管模拟),要求是:
汽车正常运行时指示灯全灭;右转弯时,右侧3个指示灯按右循环顺序点亮;左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮;临时刹车时所有指示灯同时闪烁。
第二章设计方案选择
2.1设计方案
各种设计方案的区别主要是在三进制计数器产生方法上。
方案一:
通过74LS160或74LS161计数器构成三进制计数器产生00、01、10信号。
方案二:
通过双J-K触发器74LS76构成三进制计数器。
方案三:
通过D触发器或T触发器构成三进制计数器。
2.2方案选择
方案一电路简单,但在模拟时计数器竞争冒险的存在,尾灯闪烁时会出现时间误差,不符合设计要求。
方案二、三原理相近,由于J-K触发器平时使用较多,因此选用方案二。
第三章系统组成及工作原理
3.1系统组成
本系统主要由脉冲产生电路、开关控制电路、三进制计数器电路、译码电路和显示驱动电路等四部分构成。
3.2工作原理
(1)尾灯与汽车运行状态表如表3.1所示
表3.2-1尾灯与汽车运行状态表
开关控制
S1S0
运行状态
左尾灯
D4D5D6
右尾灯
D1D2D3
00
正常行驶
灯灭
灯灭
01
右转弯
灯灭
右循环点亮
10
左转弯
左循环点亮
灯灭
11
刹车
尾灯随CP闪烁
(2)总体框图:
汽车左转或是右转时,三个指示灯循环点亮,所以用三进制计数器控制译码电路顺序输出低电平,从而控制尾灯按要求点亮。
由此得出在每种运行状态下,各指示灯与给定的条件(S1、S0、CP、Q1、Q2)的关系,即逻辑功能表(如表3-2所示)
表3.2-2汽车尾灯控制逻辑功能表
开关控制
三进制计数器
六个指示灯
S1S0
Q1Q2
D5D4D3D2D1D0
00
000000
01
00
01
10
000100
000010
000001
10
00
01
10
001000
010000
100000
11
CPCPCPCPCPCP
由表3-2得总体框图如图3.2-1所示
三进制计数器
显示驱动电路
图3.2-1汽车尾灯控制电路原理框图
第四章单元电路设计、参数计算、器件选择
4.1尾灯电路
汽车尾灯电路如图4.1-1所示,其显示驱动由6个发光二极管和6个反向器构成。
译码电路由3线-8译码器74LS138和6个非门组成。
74LS138的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0,而Q1Q0是三进制计数器的输出端。
当S1=0,使能信号A=G=1,计数器状态为00、01、10时,74LS138对应的输出端
、
、
依次为0有效(
、
、
信号为“1”无效),即反相器G1-G3的输出端也依次为0,故指示灯D1→D2→D3按顺序点亮示意汽车右转弯。
若上述条件不变,而=1,则74LS138对应的输出端
、
、
依次为0有效,即反相器G4-G6的输出端依次为0,故指示灯D4→D5→D6按顺序点亮,示意汽车左转弯。
当G=0,A=1时,74LS138的输出端全为1,G6-G1的输出端也全为1,指示灯全灭;当G=0,A=CP时,指示灯随CP的频率闪烁。
图4.1-1尾灯仿真模拟电路
4.2三进制计数器电路
(1)三进制计数器状态表如表4-1所示
表4-1三进制计数器状态表
现态
次态
Q1
Q0
Q1
Q0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
×
×
(2)三进制计数器状态转换图如图4.2-1所示
图4.2.1状态转换图
本设计采用一片双J-K触发器74LS76即可(74LS76芯片引脚图见附录图++),其电路连接如图4.2-2。
结构简单,成本低,实现稳定。
图4.2-2三进制计数器产生仿真模拟电路
4.3开关控制电路
对于开关控制电路,设74LS138和显示驱动电路的是能断信号分别为G和A,根据总体逻辑功能表分析及组合得G、A与给定的条件(S1、S0、CP)的真值表,如表4.3-1所示。
由表4.3-1经过整理得逻辑表达式:
由上式得开关控制电路,如图4所
表4.3-1 S1、S0、CP与G、A逻辑功能真值表
开关控制
S1 S0
CP
使能信号
G A
0 0
0 1
0 1
1 1
1 0
1 1
1 1
CP
0 CP
图4.3-1开关控制仿真模拟电路
4.4脉冲产生电路
设计采用555定时器产生一个脉冲源,可以较好的控制脉冲占空比,脉冲频率等从而使设计更人性化。
555定时器脉冲产生电路如图4.4-1所示
图4.4-1555定时器脉冲电路图
对应图4.4-1脉冲计算公式
G故电路的震荡周期为
震荡频率为
实际连接计算得:
高电平时间:
250ms
低电平时间:
213.9ms
频率:
2.158
在multisim上仿真模拟图4.4-2,其中端口4为脉冲输出端。
仿真结果如图4.4-2与实际计算一致。
图4.4-2555脉冲仿真模拟电路
图4.4-3555脉冲仿真模拟效果
第五章实验调试和分析
根据设计要求,以数字逻辑和模拟电路等知识为基础,完成基本电路设计。
1、实际电路操作前,先通过Multisim10.0进行了仿真模拟,验证设计方案的整体正确性。
对方案中的单元模块如脉冲产生电路,三进制计数器电路,进行单独验证。
尽最大可能排除不符合设计要求或是容易产生不稳定的地方。
在仿真确定以后领取了所需器材进行实际电路连接操作。
2、将芯片按一定的排布插在实验板上,用万用表检查各芯片引脚的导通情况。
3、首先分单元进行连接,分别将电路的四个模块依次按设计图连接,用示波器检查脉冲电路产生脉冲情况和三进制计数器产生波形。
这样连接层次清晰,容易检查和改正电路连接错误。
其中实验室缺少74LS00四2输入与非门芯片,遂采用74LS20二4输入与非门替代。
由于只用到其中2个输入端,其余两个输入端需要输入高电平,以达到所需功能,增加了电路的复杂性。
4、电路连接完成后参照设计图排查电路,待确定连接无误后打开电源。
开启-闭合开关,观察实验现象即二极管的闪烁情况。
5、操作开关,S1、S0开启,LED同时闪烁,实现刹车功能;S1闭合,S0开启,右边三只LED灯按右循环顺序闪烁,实现右转弯功能;S1闭合,S0闭合,右边三只LED灯按右循环顺序闪烁,未能实现正常行驶功能;S1开启,S0闭合,LED灯同时闪烁,未实现左转弯功能。
由于此前按单元连接电路排除了脉冲产生电路和三进制产生电路出现故障的可能。
测试开关控制电路输出端A,发现开关SO闭合或开启未对输出产生影响,排查此处电路发现S0与地连接线路脱落。
重新连接后,S1闭合,S0开启,右边三只LED灯按右循环顺序闪烁,实现右转弯功能;S1闭合,S0闭合,LED灯熄灭,实现正常行驶功能;S1开启,S0闭合,左边三只LED灯按右循环顺序闪烁,实现左转弯功能。
注:
开关开启为“1”,闭合为“0”。
6、开关操作结果显示实现设计要求,电路设计、连接成功。
实验体会
第二次进行课程设计,与课堂理论知识学习相比较,课程设计实验具有很强的实践性。
参与性和开放性。
是对自己理论知识的一次检查和梳理,实验操作过程中遇到问题、解决问题、优化设计方案等等都是对自己能力的锻炼和提高。
本次课程设计题目较为简单,基本上都属于平时课堂教学已涉及到的内容,尤其是J-K触发器、138译码器的,都是已经多次通过实验了解其功能和使用的。
在基本设计要求的基础上还可以增加提高要求,比如将倒车、夜间行驶、开启车门等情况计入其中。
总的说来,这次课程设计还是比较顺利的。
只是在测试阶段遇到一点问题,其他阶段还是完全符合预定计划的,并没有因为什么问题而耽误实验进程。
这次课程设计,虽然短暂。
但却是第一次的自主合作的设计电路。
以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现。
在设计过程中,遇到了书本中不曾学到的情况。
同时,由于是两人合作制作,是学到在将来大规模电路设计中,团体协作是多么的重要。
最后,感谢老师为提供这次的实习机会和悉心的指导。
参考目录
[1]白中英主编.《数字逻辑与数字系统第四版》科学出版社.2007
[2]张建华主编.《数字电子技术》机械工业出版社.1994
[3]康华光主编.《电子技术基础.数字部分》高等教育出版社.2003
[4]路勇主编.《电子电路实验及仿真》清华大学出版社.2004
[5]蔡惟铮主编.《数字电子线路基础》哈尔滨工业大学出版社.1988
[6]阎石主编.《数字电子电路》中央广播电视大学出版社.1993
附录
附录一:
原件清单
序号
类型
型号
数量
1
芯片
74LS138
1
2
74LS76
1
3
74LS86
1
4
NE555
1
5
74LS04
2
6
74LS00
3
7
电阻
30K
1
8
12K
1
9
电容
12uf
1
10
10nf
1
11
二极管
发光二极管
6
12
拨片开关
2
13
实验板
1
附录二:
芯片引脚图
NE55574LS138
74LS7674LS86
74LS0074LS04
附录三:
总设计电路图
总设计电路图
- 配套讲稿:
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