PTL數(shù)電課程設(shè)計汽車尾燈 顯示電路

課程設(shè)計任務(wù)書題目:汽車尾燈顯示控制電路設(shè)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(guān)及邏輯電平指示。（1）轉(zhuǎn)彎信號是四狀態(tài)計數(shù)電路，可由小規(guī)模觸發(fā)器構(gòu)成，也可由中規(guī)模計數(shù)器構(gòu)成。（2）時鐘產(chǎn)生電路，可由555定時器構(gòu)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(wù):設(shè)計構(gòu)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(cè)三個燈），并用兩個撥動式（乒乓）開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎信號源；一個兵乓開關(guān)用于指示右轉(zhuǎn)彎，一個乒乓開關(guān)用于指示左轉(zhuǎn)彎，如果兩個乒乓開關(guān)都被接通，說明駕駛員是一個外行，緊急閃爍器起作用。右轉(zhuǎn)彎時三個右邊的燈應(yīng)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(zhuǎn)彎，左邊燈的操作應(yīng)相類似；當(dāng)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(guān)模擬腳踏制動器，制動時，若轉(zhuǎn)彎開關(guān)未合上（或錯誤地將兩個開關(guān)均合上的情況）所有六個尾燈均連續(xù)燃亮，在轉(zhuǎn)彎的情況下，三個轉(zhuǎn)向的尾燈應(yīng)正常動作，另三個尾燈連續(xù)亮。另一個開關(guān)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(shè)計及實驗室安裝調(diào)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(shè)計報告及答辯；地點：鑒主17樓研究室。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日目錄摘要 3Abstract 41設(shè)計任務(wù)及要求 51.1設(shè)計任務(wù) 52電路設(shè)計原理分析 62.1設(shè)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(rèn)證 83.1秒脈沖電路的設(shè)計 83.2開關(guān)控制電路的設(shè)計 83.3三進(jìn)制計數(shù)器電路的設(shè)計 103.4譯碼與顯示驅(qū)動電路的設(shè)計 144完整電路圖 175仿真結(jié)果分析 185.1時鐘脈沖電路 185.2開關(guān)控制電路 195.3三進(jìn)制計數(shù)電路 205.4譯碼與顯示驅(qū)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(xiàn) 27摘要隨著經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)向所引發(fā)的車禍經(jīng)常出現(xiàn)。如果汽車轉(zhuǎn)彎可以通過尾燈狀態(tài)的變化來確定就可以提示司機(jī)、行人朋友們車子正在轉(zhuǎn)彎，一定程度的避免車禍的發(fā)生。本文是關(guān)于汽車尾燈控制電路的設(shè)計，根據(jù)汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系，分析并設(shè)計電路。整個電路由模式控制電路，三進(jìn)制計數(shù)器，譯碼與顯示驅(qū)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(guān)系，運用J—K觸發(fā)器、3—8譯碼器等實現(xiàn)了根據(jù)汽車的運行狀態(tài)，指示燈顯示4種不同的模式。本文詳細(xì)的介紹了電路的設(shè)計思路及其實現(xiàn)過程，包括了整個設(shè)計流程。關(guān)鍵字：模式控制電路;三進(jìn)制計數(shù)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(shè)計1設(shè)計任務(wù)及要求1.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計構(gòu)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(cè)三個燈），并用兩個撥動式（乒乓）開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎信號源；一個兵乓開關(guān)用于指示右轉(zhuǎn)彎，一個乒乓開關(guān)用于指示左轉(zhuǎn)彎，如果兩個乒乓開關(guān)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(zhuǎn)彎時三個右邊的燈應(yīng)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(zhuǎn)彎，左邊燈的操作應(yīng)相類似；當(dāng)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(guān)模擬腳踏制動器，制動時，若轉(zhuǎn)彎開關(guān)未合上（或錯誤地將兩個開關(guān)均合上的情況）所有六個尾燈均連續(xù)燃亮，在轉(zhuǎn)彎的情況下，三個轉(zhuǎn)向的尾燈應(yīng)正常動作，另三個尾燈連續(xù)亮。另一個開關(guān)模擬停車，停車時，全部尾燈亮度為正常的一半。2電路設(shè)計原理分析2.1設(shè)計電路框圖整個電路可由秒脈沖電路、開關(guān)控制電路、三進(jìn)制電路、譯碼與顯示驅(qū)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(shè)計框圖圖2.1設(shè)計框圖開關(guān)控制電路顯示、驅(qū)動電路開關(guān)控制電路顯示、驅(qū)動電路譯碼電路三進(jìn)制計數(shù)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(zhuǎn)：右燈全滅，左燈按上述要求周期性地閃亮。（3）汽車右轉(zhuǎn)：左燈全滅，右燈按上述要求周期性地閃亮。（4）左右開關(guān)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(shè)置五個開關(guān)，分別控制左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、清零、停車、制動時的尾燈工作狀態(tài)，汽車在左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dāng)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(xiàn)，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(xiàn)?？刂谱兞縆1K0汽車運行狀態(tài)左側(cè)的3個指示燈DL1DL2DL3右側(cè)的3個指示燈DR1DR2DR300正向行駛熄滅狀態(tài)熄滅狀態(tài)01右轉(zhuǎn)彎行駛熄滅狀態(tài)按DR1DR2DR3順序循環(huán)點亮10左轉(zhuǎn)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(cè)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(guān)系控制變量K1K0計數(shù)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(rèn)證3.1秒脈沖電路的設(shè)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(guān)。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(diào)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(shè)計，但在實際實物實現(xiàn)中穩(wěn)定性不夠，頻率調(diào)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(gòu)成的多諧振蕩器

由555定時器構(gòu)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(nèi)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。圖3.1.2為由555定時器構(gòu)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(guān)控制電路的設(shè)計設(shè)譯碼器與顯示驅(qū)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(qū)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(guān)控制變量，K1、K0以及時鐘脈沖CP之間的關(guān)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(qū)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(zhuǎn)彎行駛（此時譯馬碼器在計數(shù)器控制下工作，顯示驅(qū)動電路中的與非門輸出取決于譯碼器輸出，右側(cè)尾燈DR1DR2DR3在譯碼器輸出作用下順序循環(huán)點亮）10d11汽車左轉(zhuǎn)彎行駛（此時譯碼器在計數(shù)器控制下工作，顯示驅(qū)動電路中的與非門輸出取決于譯碼器輸出，左側(cè)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(qū)動電路中的與非門作用到反相器輸出端，使左右兩側(cè)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(guān)系根據(jù)表三所示關(guān)系，可求出使能控制信號G和F的邏輯表達(dá)式為:(公式一)（公式二）由以上公式可得開關(guān)控制電路，如圖3.2.1。圖3.2.1開關(guān)控制電路圖3.2.1開關(guān)控制電路3.3三進(jìn)制計數(shù)器電路的設(shè)計三進(jìn)制計數(shù)器的狀態(tài)表如表四所示?，F(xiàn)態(tài)Q1Q2次態(tài)Q1n+1Q0n+100011011011000dd表四三進(jìn)制計數(shù)器狀態(tài)表表四三進(jìn)制計數(shù)器狀態(tài)表方案一：由D觸發(fā)器構(gòu)成的三進(jìn)制計數(shù)器

兩個D觸發(fā)器可由一片雙D觸發(fā)器7474芯片實現(xiàn)（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(xiàn)此電路。

由于電路結(jié)構(gòu)較之上一方案有點復(fù)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(gòu)成的三進(jìn)制計數(shù)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(dāng)CLK到達(dá)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(jié)果為二進(jìn)制數(shù)的0，1，2。組成的三進(jìn)制計數(shù)器電路如圖3.3.3所示。方案三：16進(jìn)制計數(shù)器74LS161構(gòu)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(jìn)制計數(shù)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(jìn)制計數(shù)器電路一圖3.3.圖3.3.3三進(jìn)制計數(shù)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(jìn)制計數(shù)器電路二圖3.3.5三進(jìn)制計數(shù)器電路二方案選擇：對方案二和方案三進(jìn)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(xiàn)，所用的芯片數(shù)量較少且不需要經(jīng)過復(fù)雜的設(shè)計過程即可實現(xiàn)電路所需的功能。本報告選擇方案三。3.4譯碼與顯示驅(qū)動電路的設(shè)計譯碼與顯示驅(qū)動電路的功能是：在模式控制電路輸出和三進(jìn)制計數(shù)器狀態(tài)的作用下，提供6個尾燈控制信號，當(dāng)譯碼驅(qū)動電路輸出的控制信號為低電平時，相應(yīng)指示燈點亮。因此，譯碼與顯示驅(qū)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(gòu)成。當(dāng)G=F=1、K1=0時，對應(yīng)計數(shù)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(yīng)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(zhuǎn)彎；當(dāng)G=F=1、K=1時，對應(yīng)計數(shù)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(yīng)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(zhuǎn)彎；當(dāng)G=0，F(xiàn)=1時，譯碼器輸出為全1，使所有指示燈對應(yīng)的反相器輸出全部為高電平；指示燈全部熄滅；當(dāng)G=0，F(xiàn)=CP時，所有指示燈隨CP的頻率閃爍。實現(xiàn)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(qū)動圖3.4.2譯碼與顯示驅(qū)動電路4完整電路圖圖4.1汽車尾燈顯示控制電路設(shè)計總電路圖圖4.1汽車尾燈顯示控制電路設(shè)計總電路圖5仿真結(jié)果分析本報告運用Multisim10仿真軟件對部分電路進(jìn)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(jié)果仿真波形結(jié)果如圖5.1.2所示。圖5.1.2時鐘脈沖電路仿真結(jié)果由圖16可知產(chǎn)生的脈沖頻率約等于1HZ。5.2開關(guān)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(jié)果如圖5.2.2所示。圖5.2.2開關(guān)控制電路仿真結(jié)果圖5.2.2開關(guān)控制電路仿真結(jié)果5.3三進(jìn)制計數(shù)電路仿真電路如圖5.3.1所示。圖5.3.1三進(jìn)制計數(shù)仿真電路圖5.3.1三進(jìn)制計數(shù)仿真電路仿真波形結(jié)果如圖5.3.2所示。圖5.3.2三進(jìn)制計數(shù)電路仿真結(jié)果圖5.3.2三進(jìn)制計數(shù)電路仿真結(jié)果5.4譯碼與顯示驅(qū)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(qū)動仿真電路仿真波形結(jié)果如所示。圖5.4.2顯示與譯碼驅(qū)動電路仿真結(jié)果圖5.4.2顯示與譯碼驅(qū)動電路仿真結(jié)果5.5汽車尾燈控制電路當(dāng)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(jié)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(dāng)汽車左拐時，S1=1,S0=0時，使得A=G=1,74LS138對應(yīng)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(zhuǎn)彎。仿真結(jié)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(dāng)汽車右拐時，S1=0,S0=1時，使能信號A=G=1，計數(shù)器的狀態(tài)為00，01，10時，74LS138對應(yīng)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(zhuǎn)彎。仿真結(jié)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(dāng)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(jié)果如所示。圖5.5.8圖5.5.8汽車剎車時電路仿真結(jié)果6收獲、體會和建議這次的數(shù)字電路課程設(shè)計，是對我們這一學(xué)期學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)知識的一次檢測和考驗。在這次課程設(shè)計中，通過到網(wǎng)上或圖書館中搜集資料，自己思考設(shè)計電路