汽车尾灯控制电路课程设计.docx

扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目： 汽车尾灯控制电路 课 程： 数字电子技术基础 专 业： _学 号： _ 姓 名： _ 指导教师： _ 完成日期： 2012.05.29 总 目 录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告第 一 部 分任务书数字电子技术基础课程设计任务书一、课程设计的目的本课程是在学完数字电子技术基础、数字电子技术实验之后，集中一周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实做训练。主要包括：方案论证、系统电路分析、单元功能电路设计、元器件选择、安装调试、计算机辅助设计、系统综合调试与总结等。使学生在数字电子技术基本知识、实践能力和综合素质、创新意识、水平诸方面得到全面提高，为后续课程的学习，为培养应用型工程技术人才打下重要基础。通过本课程设计可培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神。真正实现了理论和实际动手能力相结合的教学改革要求。二、课程设计的要求1、加强对电子技术电路的理解，学会查寻资料、方案比较，以及设计计算等环节，进一步提高分析解决实际问题的能力。2、独立开展电路实验，锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，真正实现由知识向技能的转化。3、独立书写课程设计报告，报告应能正确反映设计思路和原理，反映安装、调试中解决各种问题。三、课程设计进度安排1、方案设计；(一天)根据设计任务书给定的技术指导和条件，进行调查研究、查阅参考文献，进行反复比较和可行性论证，确定出方案电路，画出主要单元电路，数据通道，输入、输出及重要控制信号概貌的框图。2、 电路设计：(一天)根据方案设计框图，并画出详细的逻辑图3、 装配图设计：(半天)根据给定的元器件，结合逻辑图，设计出电路制作的具体装配图(即绘出组件数量，管脚号以及器件布置的实际位置)。同时配以必要的文字说明。4、 电路制作：(一天半)对选定的设计，按装配图进行装配，调试实验。5、 总结鉴定：(半天)考核样机是否全面达到现定的技术指标，能否长期可靠地工作，并写出设计总结报告。四、设计题目及内容汽车尾灯控制电路 （1）汽车左右共有三个尾灯，共计六个，用二个控制开关控制； （2）汽车正常运行时，六灯全亮；汽车右转时，右边三个尾灯自左向右巡回点亮；汽车左转时，左边三个尾灯自右向左巡回点亮；汽车停车时，六个尾灯同时闪烁。 （3）汽车在正常运行、左转、右转和停车时，对应显示“”、“r”、“l”、及“p”。 （4）左转、右转和停车时，应该有“滴滴”提示音。五、设计要求1.用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；2. 在实验箱上安装、调试出所设计的电路。3. 部分课题要求用可编程逻辑器件（fpga/cpld）设计实现；4. 在eda编程实验系统上完成硬件系统的功能仿真。5. 写出设计、调试、总结报告。六 、器件与器材1、 二输入四与非门 74ls002、 四输入双与非门 74ls203、 六倒相器 74ls044、 八输入与非门 74ls305、 正沿双d触发器 74ls746、 3线-8线译码器 74ls1387、 可逆移位寄存器 74ls1948、 同步十进制可逆加、减计数器 (8421 bcd码) 74ls1929、同步十进制加法计数器 74ls16010、振荡分频器 cd406011、bcd七段显示译码器 74ls4812、双四选一数据选择器 74ls15313、八线驱动器 74ls24414、555定时器 55515、led共阴七段数码管 bs20716、石英晶体(4m、2 m、32768 hz)17、微动开关、拨盘开关、继电器、led(红、绿、蓝)、电阻、电容、二极管、三极管、光敏二、三极管、导线等。七、使用仪器设备1、 稳压电源(5v，15v)；2、 实验电路箱；3、 信号发生器；4、 示波器5、 pc机（装有max+plusii软件）；6、 eda编程系统实验箱等。八、参考文献1、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；2、有关“电子技术课程设计指导书”；3、“集成电路特性应用手册”；7、 eda技术使用教程8、 其他。九、设计总结报告主要内容1、 任务及要求；2、 方案特点；3、 各组成部分及工作原理(应结合框图写)；4、 单元电路设计与调试；5、 总逻辑图；6、 总装配图；7、 实验仿真结果；8、 实验结果分析(画出必要的波形，进行测量精度和误差分析)；9、 调试中出现问题的解决；10、改进意见及收获体会等。第 二 部 分课程设计报告目 录1 设计任务及要求.( 9 )2可编程逻辑器件简介.(9)3 总方案设计.(14）2.1 总体设计方案. (14 ) 2.2 方案特点 .（15）4三进制电路设计.(16） 3.1电路设计.（16） 3.2 功能仿真.（16）5 数码管显示电路设.（17） 4.1功能表. （17） 4.2 电路设计.（17）4.3 功能仿真.（17）6尾灯控制电路设计.（20） 5.1功能表.（20） 5.2电路设计.（20）5.3 功能仿真.（20）7 总体设计（24） 6.1电路设计.（24） 6.2 功能仿真.（24）8系统硬件电路实现（25） 7.1电路搭接.（25）7.2功能测试.（25）9 改进意见及收获体会.（27）10 器件明细清单.（28） 参考文献.（28）1.可编程逻辑器件简介可编程逻辑器件课程与电路cad课程都属于eda范畴，即即电子设计自动化，是electronic design automation的英文缩写。其发展历程可分为：（1）手工设计阶段（2）早期电子cad技术（3）电子设计自动化(eda)技术（4）soc、esda设计技术。（其中soc：system on a chip，esda：electronic system design automation）它有广义和狭义两种定义方式，其广义定义范围包括：半导体工艺设计自动化、可编程器件设计自动化、电子系统设计自动化、印刷电路板设计自动化、仿真与测试、故障诊断自动化、形式验证自动化，这些都通称为eda工程。eda技术的狭义定义为以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，自动完成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门多学科融合的新技术。 可编程逻辑器件课程的主要内容eda技术涉及面广，内容丰富，从教学和实用的角度看，主要应掌握如下四个方面的内容：（1）大规模可编程逻辑器件；（2）硬件描述语言；（3）软件开发工具；（4）实验开发系统。其中，大规模可编程逻辑器件是利用eda技术进行电子系统设计的载体，硬件描述语言是利用eda技术进行电子系统设计的主要表达手段，软件开发工具是利用eda技术进行电子系统设计的智能化的自动设计工具，实验开发系统则是利用eda技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。(1)大规模可编程逻辑器件可编程逻辑器件（简称pld）是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。fpga和cpld分别是现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件的简称，现在，fpga和cpld器件的应用已十分广泛，它们将随着eda技术的发展而成为电子设计领域的重要角色。国际上生产fpga/cpld的主流公司，并且在国内占有市场份额较大的主要是xilinx, altera, lattice三家公司。xilinx公司的fpga器件有xc2000,xc3000,xc4000,xc4000e,xc4000xla, xc5200系列等，可用门数为120018000；altera公司的cpld器件有flex600,flex8000,flex10k,flex10ke系列等，提供门数为500025000;lattice公司的isp-pld器件有isplsi1000, isplsi2000, isplsi3000, isplsi6000系列等，集成度多达25000个pld等效门。fpga在结构上主要分为三个部分，即可编程逻辑单元，可编程输入/输出单元和可编程连线三个部分。cpld在结构上主要包括三个部分，即可编程宏单元，可编程输入/输出单元和可编程内部连线。高集成度、高速度和高可靠性是fpga/cpld最明显的特点，其时钟延时可小至ns级，结合其并行工作方式，在超高速应用领域和实时测控方面有着非常广阔的应用前景。在高可靠应用领域，如果设计得当，将不会存在类似于mcu的复位不可靠和pc可能跑飞等问题。fpga/cpld的高可靠性还表现在几乎可将整个系统下载于同一芯片中，实现所谓片上系统，从而大大缩小了体积，易于管理和屏蔽。由于fpga/cpld的集成规模非常大，可利用先进的eda工具进行电子系统设计和产品开发。由于开发工具的通用性、设计语言的标准化以及设计过程几乎与所用器件的硬件结构没有关系，因而设计开发成功的各类逻辑功能块软件有很好的兼容性和可移植性。它几乎可用于任何型号和规模fpga/cpld中，从而使得产品设计效率大幅度提高。可以在很短时间内完成十分复杂的系统设计，这正是产品快速进入市场最宝贵的特征。美国it公司认为，一个asic80%的功能可用于ip核等现成逻辑合成。而未来大系统的fpga/cpld设计仅仅各类再应用逻辑与ip核（core）的拼装，其设计周期将更短。与asic设计相比，fpga/cpld显著的优势是开发周期短、投资风险小、产品上市速度快、市场适应能力强核硬件升级回旋余地大，而且当产品定型核产量扩大后，可将在生产中达到充分检验的vhdl设计迅速实现asic投产。对于一个开发项目，究竟是选择fpga还是选择cpld呢？主要看开发项目本身的需要。对于普通规模，且产量不是很大的产品项目，通常使用cpld比较好。对于大规模的逻辑设计asic设计，或单片系统设计，则多采用fpga。另外，fpga掉电后将丢失原有的逻辑信息，所以在使用中需要为fpga芯片配置一个专用rom。（2）硬件描述语言（vhdl)常用的硬件描述语言有vhdl、verilog、abel。vhdl：作为ieee的工业标准硬件描述语言，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。verilog：支持的eda工具较多，适用于rtl级核门电路级的描述，其综合过程较vhdl稍简单，但其在高级描述方面不如vhdl。abel：一种支持各种不同输入方式的hdl，被广泛于各种可编程逻辑器件的逻辑功能设计，由于其语言描述的独立性，因而适用于各种不同规模的可编程器件的设计。有专家认为，在新世纪中，vhdl与verilog语言将承担几乎全部的数字系统设计任务。（3）软件开发工具目前比较流行的、主流厂家的eda的软件工具有altera的max+plus ii、lattice的ispexpert、xilinx的foundation series。max+plus ii：支持原理图、vhdl和verilog语言文本文件，以及以波形与edif等格式的文件作为设计输入，并支持这些文件的任意混合设计。它具有门级仿真器，可以进行功能仿真和时序仿真，能够产生精确的仿真结果。在适配之后，max+plus ii生成供时序仿真用的edif、vhdl和verilog这三种不同格式的网表文件，它界面友好，使用便捷，被誉为业界最易学易用的eda软件，并支持主流的第三方eda工具，支持除apex20k系列之外的所有altera公司的fpga/cpld大规模逻辑器件。ispexpert：ispexpert system是ispexpert的主要集成环境。通过它可以进行vhdl、verilog及abel语言的设计输入、综合、适配、仿真和在系统下载。ispexpert system是目前流行的eda软件中最容易掌握的设计工具之一，它界面友好，操作方便，功能强大，并与第三方eda工具兼容良好。foundation series：xilinx公司最新集成开发的eda工具。它采用自动化的、完整的集成设计环境。foundation项目管理器集成了xilinx实现工具，并包含了强大的synopsys fpga express综合系统，是业界最强大的eda设计工具之一。（4）实验开发系统提供芯片下载电路及eda实验/开发的外围资源（类似于用于单片机开发的仿真器），供硬件验证用。一般包括：a）实验或开发所需的各类基本信号发生模块，包括时钟、脉冲、高低电平等；b）fpga/cpld输出信息显示模块，包括数据显示、发光管显示、声响指示等；c）监控程序模块，提供“电路重构软配置”；d）目标芯片适配座以及上面的fpga/cpld目标芯片和编程下载电路。2. 设计要求汽车尾灯控制电路 （1）汽车左右共有三个尾灯，共计六个，用二个控制开关控制； （2）汽车正常运行时，六灯全亮；汽车右转时，右边三个尾灯自左向右巡回点亮；汽车左转时，左边三个尾灯自右向左巡回点亮；汽车停车时，六个尾灯同时闪烁。 （3）汽车在正常运行、左转、右转和停车时，对应显示“”、“r”、“l”、及“p”。 （4）左转、右转和停车时，应该有“滴滴”提示音。3.总方案设计（1）列出尾灯与汽车运行状态表如下：开关控制运行状态左尾灯右尾灯s1s0d6 d5 d4d1 d2 d300正常运行灯灭灯灭01右转弯灯灭按d1d2d3顺序点亮10左转弯按d4d5d6顺序点亮灯灭11临时刹车所有的尾灯随时钟cp同时闪烁（2）设计总框图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尾灯控制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，即逻辑功能表如下表所示：开关控制三进制计数器六个指示灯s1 s0q1 q0d6 d5 d4d1 d2 d30 0 0 0 00 0 00 10 00 0 01 0 00 10 0 00 1 01 00 0 00 0 11 00 00 0 10 0 00 10 1 00 0 01 01 0 00 0 01 1 cp cp cpcp cp cp数码管显示电路由上表得出在总体框图如下蜂鸣器控制电路尾灯控制电路三进制电路4、三进制计数器电路电路设计：三进制功能仿真结果：clk信号每三个上升沿到来q2q1 按照00 01 10循环变化一次 ，三进制电路设计完成。5.数码管显示电路设计 功能表：车辆状态s1s0yaybycydyeyfyg正常运行000000000右转011110111左转100001110急刹车111100111 方案设计： 功能仿真：1) 车辆正常运行：yaybycydyeyfyg=00000000 汽车正常运行数码管什么都不显示，设计满足设计要求。2) 车辆右转： 车辆右转yaybycydyeyfyg=1110111 数码管显示r,设计满足要求。3) 车辆左转仿真结果 yaybycydyeyfyg=0111000 车辆左转，数码管显示l,设计满足要求。4) 车辆急刹车yaybycydyeyfyg=1110011车辆急刹停车数码管显示p， 设计满设计要求。综上，此设计电路满足数码管显示电路的所有要求。6.尾灯控制电路设计 功能表车辆状态s1s0clkcd4d5d6d1d2d3voice正常行驶00clkcp111111o右转弯01000100cp000010000001左转弯10001 000cp010000100000急刹车11clkclkclkclkclkclkcp 电路设计： 功能仿真：1) 正常行驶 仿真结果：车辆状态s1s0clkcd4d5d6d1d2d3voice正常行驶00clkcp111111o六个尾灯全部点亮， 蜂鸣器不工作，设计满足要求。2) 车辆右转弯结果：车辆状态s1s0clkcd4d5d6d1d2d3voice右转弯01clkcp000100cp000010000001车辆右转弯，左边三个灯d4d5d6 不工作，右边三个灯d1d2d3在时钟控制下按照d1d2d3 的顺序一次循环点亮频率由clk信号控制。蜂鸣器在cp控制下工作。3) 车辆左转弯仿真结果：车辆状态s1s0clkcd4d5d6d1d2d3voice左转弯01clkcp001000cp0100