河海大學電氣工程及其自動化專業(yè)07級

1、1摘要課程設計作為數(shù)字電子技術和模擬電子技術課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進一步理解課程內容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設計和調試的方法，增加集成電路應用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。 本文介紹了一種通過TTL系列產品設計模擬汽車尾燈工作情況電路的方法。主要闡述了如何通過555系列來制作脈沖產生器，如何利用D觸發(fā)器改制三進制的計數(shù)器和譯碼器的使用等一系列方法。實驗通過發(fā)光二極管模擬汽車尾燈來實現(xiàn)了汽車在行駛時候的四種情況：正常行駛，左拐彎，右拐彎，臨時剎車，檢查。關鍵字：汽車尾燈，脈沖，計數(shù)器，譯碼器，行駛情況AbstractCurriculum design as

2、a simulation of digital electronic technology and electronic technology an important component of the course, on the one hand, the purpose of enabling us to further understanding of course content, the basic digital system design and debugging methods, applications of integrated circuits to increase

3、 knowledge, foster the ability of our hands as well as analysis, problem-solving abilities. This article describes a series of product design through simulation TTL auto taillight circuit methods work. Mainly on how to produce 555 series pulse generator, how to make use of JK flip-flop ternary syste

4、m decoder of the counters and the use of a range of methods. Experimental simulation of vehicle through the light-emitting diode taillights to achieve a moving car when the four cases: the normal traffic, left turn, right turn, temporary brake.Keywords: auto lamps, pulse, counters, decoders, traffic

5、 situation.2設計要求與思路2.1設計目的與要求設計目的：設計一個汽車尾燈控制器，實現(xiàn)對汽車尾燈狀態(tài)的控制。設計要求：本課題設計一個汽車LED尾燈的控制器電路。該電路由四個電鍵控制，分別對應著左轉、右轉、剎車和檢查功能。當接通左轉或右轉電鍵時，左側或右側的3個汽車尾燈按照左循環(huán)或右循環(huán)的順序依次點亮。當接通剎車電鍵時，汽車所有的尾燈點亮。當接通檢查電鍵時，汽車所有的尾燈同時閃爍（0.51次S）。在上述功能基礎上鼓勵自己增設電路功能。2.2設計思路與構想2.2.1汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關系 為了區(qū)分汽車尾燈的4種不同的顯示模式，需設置4個狀態(tài)控制變量。假定用開關K1、K2、K

6、3、K4進行顯示模式控制，可列出汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關系，如表2.1所示。（“1”表示高電平，“0”表示低電平）表2.1汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)開關控制汽車運行狀態(tài)左轉尾燈右轉尾燈K1K2K3K4D1 D2 D3D4 D5 D61110正常運行燈滅燈滅0110左轉彎按D3、D2、D1順序循環(huán)點亮燈滅1000右轉彎燈滅按D4、D5、D6順序循環(huán)點亮1100臨時剎車所有尾燈同時亮1111檢查所有尾燈同時閃爍2.2.2汽車尾燈控制器功能描述 在汽車左右轉彎行駛時由于3 個指示燈被循環(huán)順序點亮，所以可用一個三進制計數(shù)器的狀態(tài)控制譯碼器電路順序輸出高電平，按要求順序點亮3個指示燈。設三進制計數(shù)

7、器的狀態(tài)用Q1和Q0表示，可得出描述指示燈D1、D2、D3、D4、D5、D6與開關控制變量K1、K2、K3、K4，計數(shù)器的狀態(tài)Q1、Q0以及時鐘脈沖CP之間關系的功能表如表2.2所示（表中指示燈的狀態(tài)“1”表示點亮，“0”表示熄滅）。表2.2汽車尾燈控制器功能表控制變量計數(shù)器狀態(tài)汽車尾燈K1K2K3K4Q1Q0D1 D2 D3D4 D5 D611100 0 00 0 001100010100 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 010100010100 0 00 0 00 0 01 0 00 1 00 0 111001 1 11 1 11111cp cp cpcp cp cp

8、根據(jù)以上設計分析與功能描述，可以得出汽車尾燈控制器的結構框圖，如下圖所示。555計時器D觸發(fā)器邏輯電路周期為1秒的脈沖左轉右轉分揀電路左轉右轉原始信號左轉電鍵右轉電鍵轉向信號與剎車、檢查信號分揀電路分揀后的左轉右轉信號剎車電鍵檢查電鍵發(fā)光二極管 根據(jù)以上設計分析與功能描述，可得出汽車尾燈控制器的結構框圖。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。3單元電路設計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(lián)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

9、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，但由于盡量和課堂知識聯(lián)系起來，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3.1 555定時器的引腳圖圖3.1 555定時器的引腳圖由于本次實驗對脈沖的要求不高，同時為了保證二極管的閃爍適宜，可以讓脈沖周期設定為一秒左右即可。電路原理如

10、圖3.2所示。圖3.2用NE555制作脈沖發(fā)生器的原理圖測試輸出結果為：圖3.3用NE555制作脈沖發(fā)生器的輸出波形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(xiàn)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、K2 、K3、K4以及時鐘脈沖CP之間的關系如表3.1所示。表3.1 使能控制信號與開關控制變量、時鐘脈沖的關系開關控制時鐘脈沖使能控制信號電路工作狀態(tài)K1K2K3K4CPGF1110d01汽車正常行駛（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

11、，反相器輸出均為高，尾燈全部熄滅）0110d11汽車左轉彎行駛（此時譯碼器在計數(shù)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D1、D2、D3在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮）1010d11汽車右轉彎行駛（此時譯碼器在計數(shù)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D3、D4、D5在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮）1100cp00汽車臨時剎車（此時譯碼器不工作，譯碼器輸出全部為高，使能控制信號F為低電平，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全亮）1111cp0cp非汽車檢查（此時譯碼器不工作，譯碼器輸出全部為高，時鐘脈沖cp通過

12、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）由上述表格可得：；根據(jù)G和F的邏輯表達式，可畫出開關控制電路。如圖3.3所示圖3.4開關控制電3.3三進制計數(shù)器電路的設計三進制計數(shù)器的狀態(tài)表如表3.2所示。表3.2 三進制計數(shù)器的狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q1Q0Q1Q000010110100011dd得到電路的狀態(tài)方程為：；方案一：由J-K觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器； 由于J-K觸發(fā)器的特性方程為：；又因為，；所以 ，；，；由于電路中只需采用一片雙上升沿觸發(fā)器74LS76芯片即可，因此電路結構簡單，成本低。圖3.5為74LS76引腳圖，利用74LS76實現(xiàn)三進制計

13、數(shù)電路如圖3.6所示。圖3.5 74LS76芯片引腳圖 圖3.6 三進制計數(shù)器 方案二：由D觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器；由于D觸發(fā)器的特性方程為：；又因為，；所以，；兩個D觸發(fā)器可由一片雙D觸發(fā)器74LS74芯片實現(xiàn)，以及74LS00與非門和74LS04非門來實現(xiàn)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，但由于實驗室只提供了雙D觸發(fā)器74LS74芯片，因此采用此方案。圖3.7為74LS76引腳圖，利用74LS76實現(xiàn)三進制計數(shù)電路如圖3.8所示。圖3.7 74LS76芯片引腳圖 圖3.8 三進制計數(shù)器 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

14、是：在開關控制電路輸出和三進制計數(shù)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用74LS138(其功能表如表3.3所示)、6個與非門和6個反相器構成。圖中，譯碼器74LS138的輸入端C、B、A分別接K1、Q1、Q0。當圖中G=F=1、K1=0時，對于計數(shù)器狀態(tài)Q1Q0為00、01、10，譯碼器輸出依次為0，使得與指示燈D3、D2、D1對應的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈D3、D2、D1依次順序點亮，示意汽車左轉彎；當圖中G=F=1、K1=1時，對于計數(shù)器狀態(tài)Q1Q0為00、01、10，譯碼器輸出依次為0，使得與

15、指示燈D4、D5、D6對應的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈D4、D5、D6依次順序點亮，示意汽車右轉彎；當圖中G=0，F(xiàn)=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；當圖中G=0，F(xiàn)=cp時，所有指示燈隨cp的頻率閃爍。實現(xiàn)了4個開關4種不同模式下的尾燈狀態(tài)顯示。表3.3為74LS138譯碼器的功能真值表。74LS138譯碼器接法如圖3.7所示。圖3.9 74LS138譯碼器引腳圖表3.3 74LS138功能表圖3.7 74LS138控制譯碼顯示電路3.5尾燈狀態(tài)顯示電路的設計尾燈狀態(tài)顯示電路可由6個發(fā)光二極管和6個電阻組成，圖3.9中，當6個反相器

16、的輸出為低電平時，相應發(fā)光二極管被點亮。圖3.8 二極管發(fā)光電位3.6數(shù)碼管顯示電路的設計為了使駕駛員能實時了解自己按了哪個鍵即后部車燈的狀態(tài)，我們設計了數(shù)碼管顯示電路，該電路由7段BCD碼鎖存、譯碼、驅動器4511，和八段數(shù)碼管組成，當按下K1時，則數(shù)碼管顯示1；當按下K2時，則數(shù)碼管顯示2；當按下K3時，則數(shù)碼管顯示3；當按下K4時，則數(shù)碼管顯示4.。圖3.9 數(shù)碼管顯示電路圖3.10 八段數(shù)碼管引腳圖4電路仿真與分析4.1 電路仿真總電路圖方案一：圖4.1 汽車尾燈控制器電路原理圖1方案二：圖4.2 汽車尾燈控制器電路原理圖2方案三： 圖4.3 汽車尾燈控制器電路原理圖3經過比較最終我們

17、選擇了原理圖3。4.2汽車尾燈控制器電路的工作原理其工作原理圖如圖4.1所示，經過以上所述的設計內容及要求的分析，可以圖4.1汽車尾燈控制器電路原理圖將電路分為以下幾部分： 首先，通過555定時器構成的多諧振蕩器產生頻率為1Hz的脈沖信號，該脈沖信號用于提供給雙D觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器和開關控制電路中的三輸入與非門的輸入信號。 其次，雙D觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器用于產生00、01、10的循環(huán)信號，此信號提供左轉、右轉的原始信號。 最后，左轉、右轉的原始信號通過6個與非門，6個非門以及74LS04提供的高低電位信號，將原始信號分別輸出到左、右的3個汽車尾燈上。得到的信號即可輸出到發(fā)光二極管上，

18、實現(xiàn)所需功能。4.3參數(shù)計算與器件選擇 （1）電阻：由于f為1Hz左右適合觀察即可，根據(jù)公式：f=1.43/C(R1+2R2)，所以選取R1=43k，R2=50k，C1= 1F，C2=1nF其他上拉電阻可選為200即可。 （2）電容：如上所述，電容選1F/25V。5電路安裝與調試5.1電路安裝過程對照電路圖連接電路，過程中注意短路，電源Vcc與接地端的接法，在安裝中外觀需要提高，電路功能基本實現(xiàn)。5.2 電路的調試過程中遇到的問題及解決方法調試過程中出現(xiàn)了幾個小問題：1、面包板上的電源沒有全部串聯(lián)起來，7474沒有工作；2、因為連線過多，有個別線路連錯引腳；3、線頭絕緣皮剝掉過多，有幾處電路誤

19、串起來。這些問題經過我們的仔細檢查都一一解決。下面總結一下模塊化設計在檢錯中的作用。檢查時應把各個模塊分離，對每個模塊進行檢查，這樣就不會在出錯之后毫無頭緒。對模塊檢查時先檢查每個器件的電源和地，看是否連好，還要用萬用表測試是否連通；然后對照電路圖查看引腳連接是否有錯；最后用萬用表檢查線路是否都正常連通。在確保了電路連接無誤后，再通過通電后LED的狀態(tài)來判斷問題的出處。我們在檢查過電路連接后電路就可以正常工作了。 將外接電源接好后，閉合 K1、K2、K3、K4任何其中一個開關，分別觀察二極管發(fā)光狀況并與設計要求比較，發(fā)現(xiàn)基本符合設計要求。6元器件清單和使用儀器6.1使用的主要儀器、儀表表6.1儀器、儀表儀器、儀表名稱+5V電源示波器函數(shù)信號發(fā)生器萬用表6.2元件清單表6.2元件清單名稱數(shù)量電容， 10uF1電容， 10nF174LS1381LED_red674LS861開關（SWITCH）474LS321數(shù)碼管驅動器（4511）174LS00574LS0425551電位器503（1個）電阻200歐姆（13個），43k歐姆（1個）點源5v10.6導線若干數(shù)碼管17設計體會數(shù)字邏輯是電子科學與技術專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎課，我們進行數(shù)字電子課程設計是我們理論聯(lián)系實際的最好途徑，將書本上的知識利用到實際的分析解決問