《数字电子技术》课程设计报告汽车尾灯显示控制电路设计

1、武汉理工大学数字电子技术课程设计报告学 号： 0120809320516课 程 设 计题 目汽车尾灯显示控制电路设计学 院信息工程学院专 业通信工程班 级通信0805 姓 名指导教师2010年 7 月 1日目 录1 摘要12设计要求与思路 2 2.1设计目的与要求 2 2.2设计思路构想 2 2.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 2 2.2.2汽车尾灯显示控制功能描述 23 单元电路设计 4 3.1 秒脉冲电路的设计 4 3.2 开关控制电路的设计 5 3.3 三进制计数器电路的设计 7 3.4 译码与显示驱动电路的设计 8 3.5 尾灯状态显示电路的设计 104电路仿真与分析 11

2、 4.1电路仿真总电路图 11 4.2汽车尾灯显示控制电路的工作原理 11 4.3各部分仿真结果 12 4.4仿真中遇到的问题15 5 元器件清单 166 设计体会 167附录17参考文献 19231摘要课程设计作为数字电子技术和模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 本文介绍了一种通过ttl系列产品设计模拟汽车尾灯工作情况电路的方法。主要阐述了如何通过555系列来制作脉冲产生器，如何利用j-k触发器改制三进制的计数器和译码器的使用等一系列方法。实验通过发

3、光二极管模拟汽车尾灯来实现了汽车在行驶时候的四种情况：正常行驶，左拐弯，右拐弯，临时刹车。关键字：汽车尾灯，脉冲，计数器，译码器，行驶情况abstractcurriculum design as 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

4、basic digital system design and debugging methods, applications of integrated circuits to increase 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.

5、mainly on how to produce 555 series pulse generator, how to make use of jk flip-flop ternary system 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 traffi

6、c, left turn, right turn, temporary brake.keywords: auto lamps, pulse, counters, decoders, traffic situation.2设计要求与思路2.1设计目的与要求设计目的：设计一个汽车尾灯显示控制，实现对汽车尾灯状态的控制。设计要求：在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（假定用发光二极管模拟），根据汽车运行的状况，指示灯需具有四种不同的状态：汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯处于熄灭状态。 汽车向右转弯行驶时，右侧的三个指示灯按右循环顺序点亮 汽车向左转弯行驶时，左侧的三个指示灯按左循环顺序点亮 汽车临时刹车

7、时，左右两侧指示灯处于同时闪烁状态2.2设计思路与构想2.2.1汽车尾灯显示状态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，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如表2.1所示。表2.1汽车尾灯和汽车运行状态（“0”表示开关打开，“1”表示开关合上）开关控制汽车运行状态6个发光二极管k1k0d1 d2 d3d4 d5 d611正常运行灯灭灯灭10右转弯按d1、d2、d3顺序循环点亮灯灭01左转弯灯灭按d4、d5、d6顺序循环点亮00临时刹车所有尾灯同时按cp闪烁2.2.2汽车尾灯显示控制功能描述 在汽车左右转弯

8、行驶时由于3 个指示灯被循环顺序点亮，所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出低电平，按要求顺序点亮3个指示灯。设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与开关控制变量k1、k0，计数器的状态q1、q0以及时钟脉冲cp之间关系的功能表如表2.2所示（表中指示灯的状态“1”表示点亮，“0”表示熄灭）。表2.2汽车尾灯显示控制功能表控制变量计数器状态汽车尾灯k1k0q1q0d1 d2 d3d4 d5 d6110 0 00 0 010001010 1 0 00 1 0 0 0 10 0 00 0 00 0 0010010100 0 00 0

9、00 0 01 0 00 1 00 0 100cp cp cpcp cp cp根据以上设计分析与功能描述，可以得出汽车尾灯显示控制的结构框图，如下图所示。根据以上设计分析与功能描述，可得出汽车尾灯显示控制的结构框图。整个电路可由秒脉冲电路、开关控制电路、三进制电路、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示5部分组成。3单元电路设计3.1秒脉冲电路的设计由555定时器构成的多谐振荡器555定时器的管脚图如图3.1所示。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，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稳定，不易受干扰。

10、因此采用此方案。图3.1 555定时器的引脚图图3.1 555定时器的引脚图由于汽车尾灯是的点亮是给人的不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车的尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率，但是频率也不能太小，所以我们在设计的时候是采用的555定时器设计的一个脉冲产生源，占空比约为50%，它产生的频率f约为2hz。然后通过计数器就能控制汽车尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为0.5s，这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作以采取相应的动作从而避免交通事故的发生。参数设计计算公式 高电平时间： 低电平时间： 占 空 比： 设计最后图形如右图所示： 高电平时间 =250.0ms 低电平时间 =213.9ms 占

11、 空 比 d=53.8% 频 率 f=2.158电路原理如图3.2所示。图3.2用lm555制作脉冲发生器的原理图3.2开关控制电路的设计 开关控制电路由74ls集成芯片构成。设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为g和f，g与译码器74ls138的使能输入端g1相连接，f与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。由总体逻辑功能可知，g和f与开关控制变量，k1、k0以及时钟脉冲cp之间的关系如表3.1所示。表3.1 使能控制信号与开关控制变量、时钟脉冲的关系开关控制时钟脉冲使能控制信号电路工作状态k1k0cpga1101汽车正常行驶（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，显示驱动电路中的与非门输

12、出均为低，反相器输出均为高，尾灯全部熄灭）1011汽车右转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，右侧尾灯d1、d2、d3在译码器输出作用下顺序循环点亮）0111汽车左转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，左侧尾灯d4、d5、d6在译码器输出作用下顺序循环点亮）00cp0cp汽车临时刹车（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，时钟脉冲cp通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端，使左右两侧的指示灯在时钟脉冲cp作用下同时闪烁）根据g和a的逻辑表达式，可画出开关控制电路。如图3.3所示 图3.3开关控制电

13、路3.3三进制计数器电路的设计三进制计数器的状态表如表3.2所示。表3.2 三进制计数器的状态表现态次态q1q0q1q000010110100011方案一：由j-k触发器构成的三进制计数器；由于电路中只需采用一片双j-k触发器74ls76芯片即可（7476芯片引脚图如图3.7所示），因此电路结构简单，成本低，所以选用此方案。方案二：由d触发器构成的三进制计数器；两个d触发器可由一片双d触发器74ls74芯片实现，以及74ls00与非门和74ls04非门来实现此电路。由于电路结构较之上一方案有点复杂，而且需要三个芯片（至少两个），成本较高，因此不采用此方案。图3.4为74ls76引脚图，利用74

14、ls76实现三进制计数电路如图3.5所示。 图3.4 74ls76芯片引脚图 图3.5 三进制计数器 3.4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个发光二极管控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，相应二极管点亮。因此，译码与显示驱动电路可用74ls138(其功能表如表3.3所示)、6个与非门和6个反相器构成。图中，译码器74ls138的输入端c、b、a分别接k1、q1、q0。当g=a=1、k1=1、k0=0时，对于计数器状态q1q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯d1、d2、d3对应的反相器输出依

15、次为低电平，从而使指示灯d1、d2、d3依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当图中g=a=1、k1=0、k0=1时，对于计数器状态q1q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯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依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当图中g=0，a=1时，即k1=k0=1，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，又因为a=1,所以指示灯全部熄灭；当图中g=0，a=cp时，即k1=k0=0，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，所有指示灯随cp的频率闪烁。实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。表3.3为74ls138译

16、码器的功能真值表。74ls138译码器引脚如图3.6所示。由译码器构成的显示电路如图3.7所示 图3.6 74ls138译码器引脚图 表3.3 74ls138功能表图3.7 74ls138控制译码显示电路3.5尾灯状态显示电路的设计尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个电阻组成，图3.9中，当6个反相器的输出为低电平时，相应发光二极管被点亮。图3.8 二极管发光电位4电路仿真与分析4.1 电路仿真总电路图图4.1 汽车尾灯显示控制电路电路原理图 4.2汽车尾灯显示控制电路的工作原理其工作原理图如图4.1所示，经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将电路工作分成几个步骤： 首先，通过555定

17、时器构成的多谐振荡器产生频率为2hz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三输入与非门的输入信号。 其次，双j-k触发器构成的三进制计数器用于产生00、01、10的循环信号，作为译码器的输入信号，由于译码器是三个输入端，最高位c接k1，当k1闭合式，c=0，为低电平，前三个发光二极管可以被点亮；当k1打开时，c=1，为高点电平，后三个发光二极管可以被点亮。译码器的使能输入端s2=s3=0才能使译码器工作，同时当s1（g）=0时，输出端均为高电平，发光二极管不亮；当s1（g）=1时，译码器能正常输出，能产生低电平使发光二极管点亮。 最后，由开关控制部分

18、的k1和k0来控制给出左转、右转的原始信号。当k1=k2=1，开关都闭合时，g=0，译码器输出端均为高电平，同时a=1，发光二极管都不亮；当k1=1，k0=0时，即k1闭合，k0打开，c=0，g=1，a=1，前三个发光二极管依次点亮；同理当k1=0，k0=1，后三个发光二极管依次点亮。当k1=k0=0，g=0，a=ap，六个发光二极管按ap闪烁。4.3各部分仿真结果555时序电路图4.2 555输出波形由于cp信号需要的频率控制在各位数为宜，设计的频率为2hz。由于multisim本身的仿真频率慢，所以在图上显示的不明显，输出波形如图4.2所示。发光二极管显示 k1=k0=1，发光二极管的点亮

19、情况应该为全部熄灭，如图4.3所示图4.3 发光二极管显示（k1=k0=1）k1=k0=0时，发光二极管应该按cp循环点亮，结果如图组4.4所示 图组4.4 k1=1，k0=0时，汽车尾灯显示为右转，前三个发光二极管依次点亮，如图组4.5所示。 图组4.5k1=0，k0=1，汽车尾灯显示为左转，后三个发光二极管依次点亮，如图组4.6所示图组4.64.4仿真中遇到的问题由于multisim自身的频率不好控制，频率很慢，所以导致测试时发光二极管的变化频率很慢，因此在测试时采用一个方波信号发生器，输出1khz的方波作为cp信号，如图4.7所示。 图4.7 方波信号发生器 5元器件清单名称规格数量电阻

20、12 k120063.3k230 k1电容12f110nf1开关-2发光二极管红6ne555-174ls00-274ls04-174ls10-174ls138-174ls76-274ls86-1导线-若干6设计体会数字逻辑是电子科学与技术专业学生必修的一门专业基础课，我们进行数字电子课程设计是我们理论联系实际的最好途径，将书本上的知识利用到实际的分析解决问题中去，这样使我们更加牢固的掌握分析与设计的基本知识与理论，更加熟悉的各种不同规模的逻辑器件，掌握逻辑电路的分析和设计的基本方法，为以后的学习奠定基础。这次课程设计可以说喜忧参半，看似简单的一块电路板却花费我好久的时间。虽然电路外观不尽如人意，但成果是有目共睹的和我猜测的一样，我的二极管闪烁成功的光辉！从一开始接受课程任务，后着手建立设计框图，再到图书馆和网上查阅相关资料，确