数电设计报告一

1、 目录1.设计思路及构想11.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系21.2汽车尾灯控制器功能描述22.单元电路设计方案选择32.1时钟脉冲发生器3方案一：石英晶体振荡器:3方案二：由NE555定时器构成的多谐振荡器32.2 三进制计数器电路的设计4方案一:由D触发器构成的三进制计数器：5方案二：由J-K触发器构成的三进制计数器：52.3 译码与显示驱动电路的设计63.电路的仿真与分析83.1.电路仿真总电路图83.2.汽车尾灯控制电路的工作原理94.实验现象9汽车尾灯控制器设计摘要：本课题要求设计一个汽车尾灯的控制电路，系统以三进制计数器和译码器为主控制器，以555定时器为主要信号发生器，

2、根据反馈信号决定指示灯的闪烁频率。该电路是用于反映汽车在运行时的状态，汽车尾部左右两侧各有3个指示灯，根据控制，当接通左转、右转、刹车和正常行驶时，指示灯按照指定的要求闪烁。 关键字：转弯，三进制计数器，脉冲信号设计任务与要求： 假设汽车尾部左右各有3个指示灯（用发光二极管模拟），要求是：1、汽车正常前进时指示灯全灭；2、右转弯时，右侧三个灯按右循环顺序点亮；3、左转弯时，左侧三个灯按左循环顺序点亮；4、临时刹车时所有指示灯同时闪烁。 1.设计思路及构想 按照以上的要求，可分析设计将电路分为时钟脉冲产生电路、三进制计数电路、译码电路、开关控制电路和驱动电路几部分组成。 1.1 汽车尾灯显示状态

3、与汽车运行状态的关系 为了区分汽车尾灯的4种不同的显示模式，需设置2个状态控制变量。假定用开关K1和K0进行显示模式控制，可用汽车尾灯显示状态运行的关系，如下表所示： 开关控制汽车运行状态左尾灯右尾灯 K1 K0D4D5D6D1D2D300正常运行灯灭灯灭01右转弯灯灭按D1D2D3右循环点亮10左转弯按D4D5D6左循环亮灯灭11临时刹车闪烁闪烁 1.2汽车尾灯控制器功能描述 在汽车左右转弯行驶时由于3个指示灯被循环点亮，所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器顺序输出高电平，按要求顺序点亮3个指示灯。三进制计数器的状态用Q1和Q0表示，可得出描述指示灯D1、D2、D3、D4、D5、D6与开

4、关控制变量K1和K0，计数器的状态Q1、Q0以及时钟脉冲CP之间的关系功能表如下图所示（“1”表示点亮，“0”表示熄灭） 控制变量计数器状态汽车尾灯K1K0Q1Q2D4D5D6D1D2D300dd0 0 00 0 0 0 1000 0 01 0 00 10 0 00 1 01 00 0 00 0 11 0001 0 00 0 0010 1 00 0 0100 0 10 0 011ddcp cp cp cp cp cp 2.单元电路设计方案选择 2.1时钟脉冲发生器 方案一：石英晶体振荡器: 此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C的值无关。所以此电路能够得到频率稳

5、定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，故不太适用于本实验，所以不采用此电路。 方案二：由NE555定时器构成的多谐振荡器 由于555定时器内部的比较器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率比较稳定，不易受干扰。 故可以选择此方案。下图为555定时器的引脚图：由555定时器构成的多谐振荡电路可根据R、C确定振荡周期，其公式为： T=（R1+2R2）C1ln2, 而本实验中也没有过多要求LED灯的闪烁频率，所以我

6、们可以适当取R、C的值。下图即为电路原理图： 所以由上图可以看出我们取的值为：R1=200，R2取50K的电位器，可以调节LED灯的闪烁频率，C1=10f,C2=10nf. 2.2 三进制计数器电路的设计 三进制的状态表如图所示：现态次态Q1Q0Q1Q000010110100011清零 根据上面的状态表，可以选用以下两个方案： 方案一:由D触发器构成的三进制计数器： 若用此方案，需要两个D触发器、74LS00与非门和74LS04非门来实现此电路。虽然两个D触发器可由一个双D触发器74LS74芯片实现，可是仍还需要3个芯片，成本较高，且电路结构复杂，所以不采用此方案。 方案二：由J-K触发器构成

7、的三进制计数器： 若用此方案只需采用一个双J-K触发器74LS76芯片即可完成，电路比较简单，而且成本较低，所以可以选用此方案。下图为双J-K触发器74LS76芯片引脚图： 在本实验中，双J-K触发器74LS76芯片的电路结构如下图所示：2.3 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。因此，译码与显示驱动电路可用74LS138、6个反相器和6个与非门74LS00构成。下图即为74LS138的引脚图和功能表：在实验中74LS138构成的电路和尾灯状态显示电路（如

8、下图）及其功能分析： 1.在图中，译码器的输入端C、B、A分别接控制电路K1、Q1、Q0。当K0=1，K1=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，可使译码器Y0，Y1，Y2输出依次为0，所以与指示灯D1，D2，D3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D1、D2、D3依次右循环顺序点亮，示意汽车右转弯。 2.当K0=0，K1=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，可使译码器Y4，Y5，Y6输出依次为0，所以与指示灯D4，D5，D6对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D4、D5、D6依次右循环顺序点亮，示意汽车左转弯。 3.K0=K1=0时，所有指示灯对应的反相器输

9、出全部为高电平，指示灯全部熄灭，示意汽车为正常行驶状态。 4.K0=K1=1时，所有指示灯会随CP的频率闪烁，示意汽车为临时刹车状态。 3.电路的仿真与分析 3.1.电路仿真总电路图 下图为电路实物图：3.2.汽车尾灯控制电路的工作原理 1.首先，通过555定时器构成的多谐振荡器产生一定频率的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给双J-K触发器构成的三进制计数器和开关控制电路中的输入信号和刹车时直接给LED灯提供脉冲信号。 2.其次，双J-K触发器构成三进制触发器用于产生循环信号，来控制汽车左右灯的亮灭，从而示意汽车的左、右拐弯，正常行驶和临时刹车。 3.最后，是由与非门、反相器和LED构成的汽车尾灯状态电路，当反相器左边输入的是高电平，则经过反相器后变成低电平，LED灯会亮。当反相器左边输入的是低电平，则经过反相