数电汽车尾灯显示控制电路设计课程设计说明书

题题 目目: : 汽车尾灯显示控制电路设计汽车尾灯显示控制电路设计 初始条件：初始条件：本设计基于数字电子技术基础实验，通过自行设计电路图并在电脑上利用 Multisim10软件进行仿真。电路所用元件：NE555，74LS00，74LS04，74LS09，74194，发光二极管6 个，电阻电容若干。要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : 设汽车尾部左右两侧各有 3 个指示灯（用发光管模拟），要求是：1.汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。2.当汽车右转弯时，右侧 3 个指示灯按右循顺序点亮。3.当汽车左转弯时，左侧 3 个指示灯按左循顺序点亮。4.临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。时间安排：时间安排：第 20 周：理论讲解理论设计，实验室安装调试以及撰写设计报告；地点：鉴主 15 楼通信工程实验室指导教师签名：指导教师签名： 年年 月月 日日系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日目目 录录摘 要 .1ABSTRACT.21 原理电路设计 .31.1 电路性能要求.31.2 设计方案选择.31.2.1 时钟产生电路.31.2.2 循环移动电路 .31.2.3 控制电路 .51.2.4 逻辑指示电路 .51.3 单元电路设计 .51.3.1 时钟产生电路.51.3.2 循环电路.61.3.3 控制电路.71.3.4 逻辑电平指示电路.81.4 完整电路及主要工作原理 .91.4.1 完整电路图.91.4.2 主要原理 .91.5 元件参数 .102 仿真结果分析 .142.1 时钟脉冲产生电路仿真.142.2 循环电路仿真.152.3 总电路仿真.162.3.1 左右转弯尾灯循环仿真 .162.3.2 刹车尾灯闪烁仿真 .183 实物和仿真性能 .204 收获、体会和建议 .215 主要参考文献 .226 元器件清单 .23摘 要本汽车尾灯显示控制电路 设计采用 555 产生方波脉冲， 由 74LS 系列芯片构成的电路实现了汽车尾灯显示控制电路 ，LED 灯实现显示电路 。本设计的主要功能是：汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭；当汽车右转弯时，右侧 3 个指示灯按右循顺序点亮；当汽车左转弯时，左侧 3 个指示灯按左循顺序点亮；临时刹车时，所有指示灯随时间脉冲同时闪烁。本实验设计方案原理简单且易于实现。AbstractThis is a display of controlling circuit of car light design .Using a NE555 to generate square-wave pulses. The car light display control circuit is designed by the chip of 74LS series. LED lights display circuit is used as realization. The primary function of this design is: when driving, the lights are all out; when the car turns right, the right of three lights turn on in the order of right indication; when the vehicle turns left, the left of three lights turn on in the order of left indication; temporary brakes, all lights flashing in the same frequency as the time pulse. The simple experimental design is simple and easy to implement.汽车尾灯显示控制电路设计1 原理电路设计1.1 电路性能要求1.汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。2.当汽车右转弯时，右侧 3 个指示灯按右循顺序点亮。3.当汽车左转弯时，左侧 3 个指示灯按左循顺序点亮。4.临时刹车时，所有指示灯随时间脉冲同时闪烁。1.2 设计方案选择1.2.1 时钟产生电路方案一：时钟电路采用由门电路构成的多谐振荡器来实现。其振荡频率取决于电路中的 R、C 值，在实际实物实现中稳定性不够，频率调节精确度难以把握。方案二：此课程设计中所需要的时钟信号约为 1HZ，由于 555 定时器内部的比较器灵敏度高输出驱动电流大，功能灵活，且采用差分电路形式，其振荡频率受电源电压和温度的影响很小，改变 R、C 的值就能够改变其频率所以由 555 定时器构成的多谐振荡器频率稳定且易于调节。综合稳定性和调节可实现性，故本设计采用方案二。1.2.2 循环移动电路方案一：采用 JK 触发器和 3 线-8 线译码器 74LS138 以及必要的门电路来实现。两个JK 触发器的输出段来实现三进制计数器电路即 000110。两个输出端分别连接74LS138 的 A0 和 A1 端口。A2 端口与开关 S1 相连，起到控制作用。74LS138 通过编译对应输出高低电平，从而来控制 6 个 LED 灯的亮灭情况。图 1 方案一 循环移动电路方案二：采用四位双向移动移位寄存器 74LS194，当 S1接低电平二 S0接高电平时芯片，加入时钟信号即可实现数据右移的功能。QD经过一个非门与清零端相接。当 QD为高电平时，即可实现清零，从而开始下一个循环。电路如图 2 所示。图 2 方案二 循环移动电路方案选择：对方案一和方案二进行比较后可知，和方案一相比，方案二的电路相对简单且容易实现，所用的芯片数量较少且不需要经过复杂的设计过程即可实现电路所需的功能。本报告选择方案二。1.2.3 控制电路本设计采用三个复位键A、B、C代表三种不同的情况。当A按下时代表左转弯，当C按下时代表右转弯，当B按下是代表临时刹车，由适当的门电路的组合来对实现对发光二极管和74LS194的控制。1.2.4 逻辑指示电路本设计采用6个发光二极管来代替汽车尾灯进行逻辑电平显示。1.3 单元电路设计1.3.1 时钟产生电路由 NE555 构成多谐振荡器，电路如图 3 所示。图 3 时钟产生电路接通电源之前，由于 555 定时器组成的多谐振荡器处没有工作电源，不能正常工作，输出为高阻态，不能提供时钟脉冲。当接通电源瞬间，多谐振荡器被触发。其内部的初始状态是随机的，因此接通电源瞬间多谐振荡器的输出电平也是随机的。接通电源后当其内部状态稳定，以脚与脚均为低电平时的状态开始讨论，根据 555 定时器的特性，输出跳变到高电平。其内部放电三极管截止，电容 C3 通过电阻 R3 和 R4 被电源充电。当电容两端电压上升到 2/3Vcc 时，脚与脚的电位也上升到 2/3Vcc，根据 555 定时器的特性，输出端脚变为低电平，同时放电三极管导通，此时电容 C3 可以通过 R4 和三极管放电，使其两端电压下降。当脚与脚的电位下降到 1/Vcc 时，输出端电位又跳变到高电平。就这样一直重复上述过程循环往复，产生一定频率的谐振波，根据 R、C 的参数不同其振荡的频率可以调整。由多谢振荡器频率公式 f=1/(ln2（R1+R2）C+ln2R2C)1.43/(R1+2R2)C 可知,这里取 R1=43K，R2=50K，C=10uF，滤波电容为 0.01uF。时钟电路产生的信号频率约为 1HZ。1.3.2 循环电路汽车左转弯时，在右转弯开关控制下，右侧三个尾灯如图 4 所示右循环点亮。图 4 汽车尾灯右循环亮灭汽车左转弯时，在左转弯开关控制下，左侧三个尾灯也如图4所示周期性亮灭。由74LS194移位寄存器构成的循环移动电路，可实现此功能，即QAQBQC按100110111000循环移动，当1时发光二极管熄灭，当0是发光二极管点亮。电路有时钟脉冲信号控制。电路图如图5所示。图 5 循环电路1.3.3 控制电路本设计的控制电路是通过逻辑们电路来实现的。控制电路实现以下功能：当A、B、C 都为 1 时，QAQBQC信号被隔断，发光二极管熄灭；当 A=0,B=1，C=1 时，QAQBQC信号送到左边的发光二极管，发光二极管左循环闪烁；当 C=0,B=1,A=1 时，QAQBQC 信号送到右边的发光二极管，发光二极管右循环闪烁；当 B=0 时，QAQBQC信号被隔断，同时时钟信号送到 6 个发光二极管，6 个发光二极管出现周期性闪烁。控制左右转弯的开关控制电路通过与非门和与门与 LED 显示电路的与非门相连来实现。控制刹车的开关控制电路通过与非门与脉冲信号相连实现。电路图如图 6 所示。图 6 控制电路1.3.4 逻辑电平指示电路由发光二极管来代替汽车尾灯，通过 200 欧限流电阻接到 VCC。当输入端位高时，灯灭；为低时，灯亮。电路如图 7 所示。图 7 逻辑电平指示电路1.4 完整电路及主要工作原理1.4.1 完整电路图完整电路图如图 8 所示。图 8 完整电路1.4.2 主要原理本设计的总原理图如下图 9开关控制电路移位寄存器 74194显示驱动电路L1L2L3 R1R2R3由 555 定时器产生方波图 9 原理框图根据设计要求，LED 灯闪烁要求应如下表 1表 1 LED 灯闪烁图开关控制右转尾灯左转尾灯A B C汽车运行状态R1R2R3L1L2L31 1 1正常运行灯灭灯灭0 1 1左转弯灯灭L1L2L3L2L3L3全灭L1L2L31 1 0右转弯R1R1R2R1R2R3全灭R1灯灭1 0 1刹车随时钟闪烁随时钟闪烁本设计用开关 A,B,C 来控制左转弯灯，刹车，右转弯灯的变化。当 A 开关闭合时，由 74LS194 发出的循环信号送到左侧 3 个发光二极管，左转弯灯显示的 3 个发光二极管按循环规律显示。同样，当 C 开关闭合时，右转弯灯显示的 3 个发光二极管按循环规律显示，方向相同。当 B 开关闭合时，74LS194 被关断送出全零信号，此时时钟信号送到6 个发光二极管，6 个灯均按时钟闪烁。1.5 元件参数74LS194 四位双向移动移位寄存器真值表如表 2 所示。表 2 74LS194 真值表InputsOutputsModeSerialParallelClearS1S0ClockLeftRightABCDQAQBQCQDLXXXXXXXXXLLLLHXXLXXXXXXQA0QB0QC0QD0HHHXXabcdabcdHLHXHXXXXHQAnQBnQCnHLHXLXXXXLQAnQBnQCnHHLHXXXXXQBnQCnQDnHHHLLXXXXXQBnQCnQDnLHLLXXXXXXXQA0QB0QC0QD0引脚图如图 10 示。图 10 74LS194 引脚图74LS00 四与非门 功能表如表 3 所示。表 3 74LS00 功能表InputsOutputABYLLHLHHHLHHHL引脚图如图 11 所示。图 11 74LS00 引脚图74LS04 六非门 引脚图如图 12 所示。图 12 74LS04 引脚图74LS08 功能表如表 4 所示表 4 74LS08 功能表InputOutputABYLLLLHLHLLKHH引脚图如图 13 所示。图 13 74LS08 引脚图NE555 引脚图如图 14 所示。图 14 NE555 引脚图2 仿真结果分析本报告运用 Multisim10 仿真软件对部分电路进行了仿真。2.1 时钟脉冲产生电路仿真 仿真电路如图 15 所示。图 15 时钟产生仿真电路仿真波形结果如图 16 所示。图 16 时钟产生电路仿真结果由图 16 可知产生的脉冲频率约等于 1HZ。2.2 循环电路仿真仿真电路如图 17 所示。图 17 循环仿真电路仿真结果如图 18 所示。图 18 循环电路仿真结果由图 18 可知 QAQBQC按 100110111000 循环移动，完全符合设计要求。2.3 总电路仿真2.3.1 左右转弯尾灯循环仿真左转弯尾灯循环仿真电路如图 19 所示。图 19 左转弯尾灯循环仿真电路仿真结果如图 20 所示。图 20 左转弯尾灯循环仿真结果由仿真结果可知将左转弯键按下后，左尾灯实现循环。符合设计要求。由于左右转弯尾灯循环原理相同，故这里不再做右转弯尾灯循环仿真。2.3.2 刹车尾灯闪烁仿真刹车尾灯闪烁仿真电路如图 21 所示。图 21 刹车尾灯闪烁仿真电路仿真结果如图 22 所示。图 22 刹车尾灯闪烁仿真结果由于三组信号完全重叠，这里只能看到一个波形，仿真结果说明发光二极管在同时闪烁，符合设计要求。3 实物和仿真性能根据设计要求设计电路。由设计原理对电路进行仿真，得到结果证明所设计电路完全符合设计要求。根据设计电路进行实物制作。在制作是遇到很多问题。仿真真确，实物不一定能完好的实现电路设计的要求。调试过程中，发现芯片的选择和电路布局至关重要。通过调试电路能实现设计要求的功能，即通过三个按键来模拟左右转弯信号以及刹车信号。左右转弯时，尾灯相应的左右循环闪烁，刹车时所有尾灯同时闪烁。实物图入下图 23。图 23 实物图4 收获、体会和建议这次的数字电路课程设计，是对我们这一学期学习数字电子技术知识的一次检测和考验。在这次课程设计中，通过到网上或图书馆中搜集资料，自己思考设计电路的原理与元器件的参数以及学习仿真软件的使用方法等过程，锻炼了我的独立分析问题，思考问题、解决问题的能力。这次课程设计的题目是“汽车尾灯控制电路”，通过广泛查阅各类资料，我对各种类型的车灯电路也有了一个较全面的了解和认识，对其原理也有了一个较深刻的理解和掌握。首先，数字电路是一门理论性很强，同时实践性也很强的的一门学科。学好数字电路不仅需要扎实的理论基础，还需要动手的经验。只有多付出努力，多动手才能有收获。本次数字电路课程设计就给了我们一个很好的实践的机会。要完成课程设计，你需要先查资料 ，然后进行方案的选择和设计，再次进行必要的仿真，最后进行安装调试。课设是使我们能够去真正的来动手独立完成整个过程。这一点正是我们在学习好理论只是后所欠缺的。其次，通过对电路原理的仿真，更进一步了解了原理，对自己的理论学习起到了巩固的作用。再次，在安装调试过程中，可以发现理论上可行甚至是仿真结果正确的电路很有可能调试不出结果，这就需要我们来对电路进行整体的分析，考虑到各个环节的影响，才能发现问题。最后，通过这次课程设计，我发现同学之间的相互合作能够大大的加快我们设计的进程。许多资料通过同学们之间的资源共享可以达到事半功倍的效果。这就是我们以后必须要学会的团队合作的精神。一个人的思想不可能面面俱到，相互合作就能弥补这种不足。相互学习，以达到共同进步。本次课程设计提高我的数字电路的水平，不论是在理论学习还是动手能力上，我都有了很大的提高。希望我们以后还有更多的机会来做课程设计，以便提高我们对所学知识掌握的能力。5 主要参考文献1康华光，电子技术基础 数字部分（第五版）（M），北京：高等教育出版社 20062谢自美，电子线路设计实验测试 （第三版）（M），武汉：华中科技大学出版社3阎石，数字电子技术基础（第五版）（M），北京：高等教育出版社 20064John F.Wakely，Digital Design-Principle & Practices(Third Edition) （M），北京：高等教育出版社 Pearson Education 出版集团 20015林涛，数字电子技术基础（M），北京：清华大学出版社 20066 元器件清单表 5 元件表序号元件名称型号芯片功能参数数量1移位寄存器74LS194双向移位寄存器1 个2与非门74LS00二输入四与非门2 个3与门74LS08二输入四与门1 个4非门74LS04六非门1 个5发光二极管LED红色6 只64.7k3 个7电阻2006 个8按键2 个9开关双刀双掷1 个100.01uF1 个11电容10nF1 个12电位器100K2 个13定时器 555NE5551 个