北京科技大学EDA课程设计汽车尾灯电路.docx
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北京科技大学EDA课程设计汽车尾灯电路
EDA课程设计报告
时间 2014年10月
学院自动化学院
专业班级
姓 名
学 号
指导教师
成绩
2014年10月
目录
摘要1
Abstract1
引言2
1.设计简介3
2.总体设计方案3
2.1.设计思想3
2.2.总体电路结构框图4
2.3.方案的论证与比较4
3.单元电路的设计4
3.1.三进制计数器电路5
3.1.1J-K触发器介绍5
3.1.2计数器电路的工作原理及功能5
3.2开关控制电路的设计6
3.2.1芯片介绍7
3.2.2开关控制电路的工作原理及功能8
3.3译码与显示驱动电路的设计9
3.3.1芯片的介绍9
3.3.2译码与显示驱动电路的工作原理及功能10
3.4尾灯状态显示电路的设计11
3.5汽车尾灯控制电路的总工作原理11
4.实验现象及结论11
4.1实验现象12
4.1.1.k1、k2同时打开时12
4.1.2.k1打开,k2关闭时12
4.1.3.k2打开,k1关闭时12
4.1.4.k1、k2同时关闭时12
4.2实验结论13
5.实验心得体会13
参考文献14
摘要
本论文主要针对汽车尾灯控制电路设计思路及方法研究。
利用multisim12软件进行仿真。
整个电路由开关控制电路,三进制计数器,译码电路,显示与驱动电路4部分组成。
关键词:
汽车尾灯控制电路、multisim12
Abstract
Thispapermainlyforautomotivetaillightdesignideasandmethodsofcontrolcircuits.Usemultisim12softwareemulation.Theentirecircuitbytheswitchcontrolcircuit,theternarycounter,adecodercircuit,adisplaydrivecircuitcomposedoffourparts.
Keywords:
taillightscontrolcircuit,multisim12
引言
在当今社会中,数字时代已经成为一种现实,并且无时无刻不在影响着人们的日常生活,作为数字时代最基本的课程——数字电子电路,更无疑具有着基础的作用,而数字电路课程设计便是培养这种能力,掌握这门课程的一种很好的实践,更是对培养学生理论联系实际的实际动手能力、严谨的实验作风有着重要的意义。
本次设计的题目是汽车尾灯控制电路,汽车尾灯控制电路使得汽车的行驶更加有秩序,更加方便操作。
通过课程设计,可以对理论知识融会贯通,培养系统设计能力,以达到以下能力训练:
(1)调查研究、分析问题的能力;
(2)使用设计手册、技术规范的能力;
(3)查阅文献的能力;
(4)制定设计方案的能力;
(5)计算机应用的能力;
(6)设计计算和绘图的能力;
(7)语言文字表达的能力。
1.设计简介
本文是关于汽车尾灯控制电路的设计,根据汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系,分析并设计电路。
整个电路由开关控制电路,三进制计数器,译码电路,显示与驱动电路4部分组成。
本文详细的介绍了电路的设计思路及其实现过程,包括了整个设计流程。
设计功能为:
汽车尾部左右各有3个指示灯(用发光二极管模拟);开关关闭时指示灯全灭;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3个指示灯按左循环顺序点亮;开关打开时所有指示灯同时闪烁。
2.总体设计方案
2.1.设计思想
由于汽车左右转弯时,三个指示灯循环点亮,所以用三进制计数器控制译码器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,各指示灯与各给定条件(S1、S0、CP、Q1、Q0)的关系,即逻辑功能表如表1所示(表中0表示灯灭状态,1表示灯亮状态)。
表1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
S1
S0
Q1
Q0
D1D2D3
D4D5D6
0
0
X
X
000
000
0
1
0
0
100
000
0
1
010
000
1
0
001
000
1
0
0
0
000
100
0
1
000
010
1
0
000
001
1
1
X
X
CPCPCP
CPCPCP
2.2.总体电路结构框图
根据以上设计分析与功能描述,可得出汽车尾灯控制电路的结构框图,如图1所示。
整个电路可由开关控制电路、三进制计数器、译码电路,显示与驱动电路四部分组成。
图1 汽车尾灯控制电路原理框图
2.3.方案的论证与比较
本设计采用模块化的设计方式,从结构框图看电路有四个单元电路组成,每个单元实际上都是独立的电路。
而在三进制计数器电路中有很多种设计方案,主要有两种方案可供选择,要通过各方面比较选出最合适的方案。
方案一:
由双J-K触发器74LS76构成的三进制计数器。
方案二:
由D触发器构成的三进制计数器。
采用一片双D触发器74LS74以及74LS00、74LS04共同来实现,电路需要三个芯片(至少两片)。
通过对方案一和方案二的比较,要符合设计要求1中的合理选择元器件,要求器件少、成本低的原则,我在这里选择方案一进行计数器的设计。
3.单元电路的设计
3.1.三进制计数器电路
根据总体电路的设计,需要一个三进制计数器的状态来控制译码器,此电路由两个J-K触发器构成。
3.1.1J-K触发器介绍
JK触发器都带有预置和清零输入,属于下降沿触发的边沿触发器,其特性方程为
。
Qn表示时钟脉冲来到之前触发器的输出状态,称为现态,Qn+1表示时钟脉冲来到之后的状态,称为次态。
J-K触发器功能表见表2。
表2J-K触发器功能表
3.1.2计数器电路的工作原理及功能
通过总体逻辑分析,设计三进制计数器如图2所示。
图2 三进制计数器工作原理图
如图3所示,Q1、Q0是三进制计数器的输出端。
当S1=0,计数器的状态为00,01,10时,74LS138对应的输出端Y0,Y1,Y2依次为0有效,故指示灯D1-D2-D3按顺序点亮来实现汽车右转弯功能。
上述条件不变,而S1=1,则74LS138对应的输出端Y4、Y5、Y6依次为0有效,故指示灯D4-D5-D6按顺序点亮来实现汽车左转弯功能
3.2开关控制电路的设计
开关控制电路的主要功能是控制译码器的工作状态。
设74LS138和显示驱动电路的使能端信号分别为G和A,根据总体逻辑功能表分析及组合得G、A与给定条件(S1、S0、CP)的真值表,如表三所示,由表经过整理得逻辑表达式为
由上式得开关控制电路。
如图三所示
表3S1、S0、CP与G、A逻辑功能表
图3开关控制电路图
3.2.1芯片介绍
74ls00是常用的2输入四与非门集成电路。
其引脚图见图4。
图4 74LS00的引脚图
表474LS00功能表
3.2.2开关控制电路的工作原理及功能
根据设计要求可知,汽车尾灯要有四种不同的运动状态,因此需要有4种不同的显示模式,为了能够区分不同的状态,可以设置2个状态控制变量,假定用开关K1和K0进行显示模式控制,根据总体逻辑功能可知:
G和A与开关控制变量K1、K0之间的关系如表5所示。
表5使能控制信号与开关控制变量的关系
控制变量K1、K0
使能控制信号G、A
汽车运行状态
0
0
0
1
正常行驶(此时译码器不工作,译码器输出全部为高,显示驱动电路中的与非门输出均为低,反相器输出均为高,尾灯全部熄灭)
0
1
1
1
汽车右转弯行驶(此时译码器在计数器控制下工作,显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出,右侧尾灯D1、D2、D3在译码器输出作用下顺序循环点亮)
1
0
1
1
汽车左转弯行驶(此时译码器在计数器控制下工作,显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出,左侧尾灯D4、D5、D6在译码器输出作用下顺序循环点亮)
1
1
0
cp
汽车临时刹车(此时译码器不工作,译码器输出全部为高,时钟脉冲CP通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端,使左右两侧的指示灯在时钟脉冲CP作用下同时闪烁)
3.3译码与显示驱动电路的设计
译码与显示驱动电路的功能是:
在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下,提供6个尾灯控制信号,当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时,相应指示灯点亮。
3.3.1芯片的介绍
74LS138由于有3个输入端、8个输出端,所以,又称为3线-8线译码器。
图5所示为其逻辑图。
图中A、B、C为译码地址输入端;G1、
、
为选通端;Y0~Y7为译码输出端(低电平有效)。
当一个选通端(G1)为高电平,另两个选通端(
和
)为低电平时,可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
表6为3线-8译码器74LS138的功能表。
图5 74LS138逻辑图、方框图、符号图
表6 74LS138的功能表
3.3.2译码与显示驱动电路的工作原理及功能
图7为译码驱动及尾灯状态显示电路图,图中,译码器74LS138的输入端C、B、A分别接K1、Q1、Q0。
当G=0,F=1时,译码器输出为全1,使所有指示灯全部熄灭;当G=F=1、K1=0时,对应计数器状态Q1Q0为00、01、10,译码器输出依次为0,使得与指示灯D1、D2、D3依次顺序点亮,示意汽车右转弯;当G=F=1、K1=1时,对应计数器状态Q1Q0为00、01、10,译码器输出依次为0,使得与指示灯D4、D5、D6依次顺序点亮,示意汽车左转弯;当G=0,F=cp时,所有指示灯随时钟cp的同步闪烁。
实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。
图7 译码驱动及尾灯状态显示电路图
3.4尾灯状态显示电路的设计
尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个电阻组成,其电路如图8所示。
图中,当6个与门的输出为低电平时,相应发光二极管被点亮。
这里电阻是限流分压电阻,防止二极管的电压过大而烧坏,起到保护作用。
图8 尾灯状态显示电路
3.5汽车尾灯控制电路的总工作原理
通过以上单元电路的设计,确定汽车尾灯控制电路的总工作原理图。
通过以下三点来阐述其具体工作原理:
其次,双J-K触发器构成的三进制计数器用于产生00、01、10的循环信号,此信号提供左转、右转的原始信号。
最后,左转、右转的原始信号通过6个与非门,6个非门以及74LS10提供的高低电位信号,将原始信号分别输出到左、右的3个汽车尾灯上。
得到的信号即可输出到发光二极管上,实现所需功能。
、
4.实验现象及结论
4.1实验现象
4.1.1.k1、k2同时打开时
图9LED灯闪烁
4.1.2.k1打开,k2关闭时
图10LED4、5、6轮流点亮
4.1.3.k2打开,k1关闭时
图10LED3、2、1轮流点亮
4.1.4.k1、k2同时关闭时
图11LED灯全灭
4.2实验结论
通过仿真,该电路可以实现开关关闭时指示灯全灭;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3个指示灯按左循环顺序点亮;开关打开时所有指示灯同时闪烁。
5.实验心得体会
1.这次课程设计使我对multisim软件的使用进一步得到巩固与提供,锻炼了设计电路的能力。
2.通过这次课程设计,让我明白电路设计必须首先要有设计思路,然后分块分单元进行。
这有这样,才能是自己的思路清晰,减少问题的发生。
3.本次设计提高了我对数电知识理解与运用程度,使理论知识更好地结合实际。
参考文献
[1]杨志忠主编.数字电子技术.北京:
高等教育出版社,2003年12月
[2]余根墀主编.电子与电路技术简明教程.北京:
科学出版社2003年8月
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- 北京科技大学 EDA 课程设计 汽车 尾灯 电路