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1、武汉理工大学电子科学与技术专业课程设计课程设计说明书基础强化训练报告题目:汽车尾灯控制器的电路设计专业班级：电子科学与技术0703班学生姓名：田鑫指导教师：钟毅武汉理工大学信息工程学院2009年07月17日基础强化训练任务书学生姓名：田鑫专业班级：电子科学与技术 0703班指导教师：钟毅工作单位：信息工程学院题 目：汽车尾灯控制器的电路设计一、训练目的：主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。二、初始条件：r计算机；Microsoft Office Word 软件；PROTEL 软件本设计既可以使用中、小规
2、模集成电路芯片7400、7404、74138、7476、7486和其它器件实现对汽车尾灯显示的控制功能。本设计也可以使用单片机系统构建简易频率计。工作电源 Vcc为12V。电路组成框图如图1所示:图1汽车尾灯控制电路框图要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。2、技术要求：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: 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，所有指示灯同时闪烁。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计
3、。计算电路元件参数与元件 选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。制作实际运行装置。3、查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设 计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。ii武汉理工大学电子科学与技术专业课程设计课程设计说明书时间安排：1、2008年_6_月_29_日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式 的要求说明。2、2008年6月_29_日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。2、 2008年6月_30_日 至 2007年_7_月丄 日，方案选择和电路设 计。2、 2008年_7_月日 至 2007年_7_月2 日，电路调试和设计说明 书撰写。3、200
4、8年_7_月_J_日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。课设答疑地点：鉴主14楼电子科学与技术实验室。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日III1摘要 12设计要求与思路 12.1设计目的与要求 22.2设计思路构想 22.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 22.2.2汽车尾灯控制器功能描述 .23单元电路设计 . 43.1秒脉冲电路的设计 43.2开关控制电路的设计 .53.3三进制计数器电路的设计 .43.4译码与显示驱动电路的设计 73.5尾灯状态显示电路的设计 84电路仿真与分析 . 104.1电路仿真总电路图 104.2汽车尾灯控制器电路的工作原理 .10
5、4.3参数计算与器件选择 .115电路安装与调试 115.1电路安装过程 115.2电路的调试 .116元器件清单. 117设计体会. 13参考文献 14武汉理工大学电子科学与技术专业课程设计课程设计说明书vii1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
6、列方法。实验通过发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 desig n as a simulatio n of digital electro nic tech no logy and electro nic tech no logy an importa nt comp onent of the course, on the one hand, the purpose of enabling us to further understanding of
7、course content, the basic digital system design and debugg ing methods, applicati ons of in tegrated circuits to in crease kno wledge, foster the ability of our hands as well as analysis, problem-solving abilities.This article describes a series of product desig n through simulati on TTL auto tailli
8、ght circuit methods work. Mainly on how to produce 555 series pulse generator, how to make use of JK flip-flop ternary system decoder of the coun ters and the use of a range of methods. Experimental simulation of vehicle through the light-emitting diode taillights to achieve a movi ng car whe n the
9、four cases: the no rmal traffic, left turn, right turn, temporary brake.Keywords: auto lamps, pulse, coun ters, decoders, traffic situati on.2设计要求与思路2.1设计目的与要求设计目的：设计一个汽车尾灯控制器，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
10、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开关控制汽车运行状态左转尾灯右转尾灯K1K0P D1 D2 D3D4 D5 D600正常运行灯火灯火01右转弯按 D3、D2、D1顺序循环点亮灯火10左转弯灯火按 D4、D5、D6顺序循环点亮11临时刹车所有尾灯冋时闪烁222汽车尾灯控制器功能描
11、述在汽车左右转弯行驶时由于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高电平，按要求顺序点亮3个指示 #武汉理工大学电子科学与技术专业课程设计课程设计说明书灯。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汽车尾灯控制器功能表控制变量计数器状态汽车尾灯K1K0Q1Q0D1D2D3D4D5D600dd000000000010000101010000101000
12、000000010010010000101000000111ddcpcpcpcpcpcp根据以上设计分析与功能描述，可以得出汽车尾灯控制器的结构框图， 如下图所 示。O|译弓与显示驱动勺路| 显示驱动电路译码电路尾灯状态显示三逬制计数器 5根据以上设计分析与功能描述，可得出汽车尾灯控制器的结构框图。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定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频 率
13、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，但由于尽量和课堂知识联系起来，所以没有采用此电路。方案二：由555定时器构成的多谐振荡器；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。因此采用此方案。图3.1 555定时1234 5 678器的引脚图GND Trrager Output ResetCon trcl <oitageThresholdDi
14、scharge Vcc图3.1 555定时器的引脚图由于本次实验对脉冲的要求不高，同时为了保证二极管的闪烁适宜， 可以让 脉冲周期设定为一秒左右即可。电路原理如图3.2所示。图3.2用NE555制作脉冲发生器的原理图3.2开关控制电路的设计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K1K0CPGF00d01汽车
15、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出均为低，反相器输出均 为高，尾灯全部熄灭）01d11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）10d11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）11cp0cp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
16、作用下同时闪烁）根据G和F的逻辑表达式，可画出开关控制电路。如图3.3所示；TEKRA：:-L-Ai1cE<.g'E2E3.T4LS13602 LTRMSU5:BTiLSipi<TECT>'图3.3开关控制电路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Q1Q0Q1Q000010110100011dd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芯片弓I 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。武汉理工大学电子科学与技
17、术专业课程设计课程设计说明书方案二：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74LS76实现三进制计数电路如图3.5所示。1CP11K1SD1 2IQ1CD31Q1J41G>DVer512K2CP62Q2SD72Q2CD82J图3.4 74LS76芯片引脚图图3.5三进制计数器73.4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
18、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（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。当图中G=F=1、K仁0时，对于计数器状态 Q1Q0为00、武汉理工大学电子科学与技术专业课程设计课程设计说明书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 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=F=1、0=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10,
19、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, F=1时，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，指示灯全部熄灭； 当图中G=0, F=cp时，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译码器的功能真值表。74LS138译码器接法如 图3.7所示。咯K K爲£酹爲爲图3.6 74LS138译码器引脚图表3.3 74LS138功能表InputsOutputsEnableSelectG162 (Note 1)
20、CBAYOY1Y2Y3Y4¥5Y6Y7XHX%XHmHHHHHHLXXXXHHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLHHHHHLHLLHHHHLHHHHLHLHHHHHHLHHHLHHLHHHHHHLHHLHHHHHHHHHHL 11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。VCC I . . J. I . I企D1R3» WD <TEXT> -.LEO
21、RBD .<T EKT> -D2R4R5 .D3D4LED- R S-It： L ”<TEXT>L a IRJ*C 1 a D6LED-IRBDWQ <TE«T>woLED-RD ” kTEZseT：'"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di B U7.A7机皿）MSPJTIU1 AL£D-RH ；T&1：-.V2：A.- Di-.:Ag坯MI詈严D'山U出:P5U2:DD4P44.5W?4L£W U2:E-"ioU2F图4.1汽车尾灯控制器电路原理图4.2汽
22、车尾灯控制器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 图4.1汽车尾灯控制器电路原理图将电路分为以下几部分：首先，通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1Hz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， 此信号提供左转、右转的原始信号。最后，左转、右转的原始信号通过 6个与非门，6个非门以及74LS10提供的 高低电位信号，将原始信号分别输出到左、右的3个汽车尾灯上。得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需
23、功能。武汉理工大学电子科学与技术专业课程设计课程设计说明书4.3参数计算与器件选择(1)电阻：由于f为1Hz左右适合观察即可，根据公式：f=1.43/C(R1+2R2), 所以选取R1=10kQ, R2=510kQ, C1=C2=1 F,其他电阻可选为1kQ即可。(2 )电容：如上所述，电容均选1卩F/25V5电路安装与调试5.1电路安装过程对照电路图焊接电路，过程中注意虚焊与短路，电源Vcc与接地端的接法，在安装中外观需要提高，电路功能基本实现。5.2电路的调试将外接电源接好后，一起打开开关或一起断开开关或打开K1、K2任何其中一个开关，分别观察二极管发光状况并与设计要求比较，发现基本符合设
24、计要求。6元器件清单表6.1元件清单名称规格数量电阻510 KQ1100Q61 KQ210 KQ1电容1 訂25V2开关2发光二极管红6NE555174LS00274LS04174LS10174LS138174LS76174LS861USB 接口1导线若干武汉理工大学电子科学与技术专业课程设计课程设计说明书附图6.1其他元器件引脚图1A1Y2AF2Y3A3Y GNDVCC6A6Y5A5Y4A4Y74LS86引脚图74LS04引脚图11131F10gTVoc74LSOOHEGND14131211 109 8J-卩Ihh1234 56 7(b)GND74LS00引脚图14 I 1312 11| -
25、o帀rni IJ LjJ LaJ亍 L±J IzJVccGND74LS76引脚图74LS10引脚图 177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一一和我猜测的一样，我的二极管闪烁成功的光辉！从一开始接受
26、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，确定电路图到最终制作成型，每一步都必须真诚付出。 刚开始我是做的并不成功，不能实现计数功能。在多次检修之后，终于将焊接电路中出现的种种问题解除，最终实现了课程设计作业的全部功能。通过本次课程 设计汽车尾灯更加深入的了解了许多芯片的接法以及功能表，设计了脉冲电路， 三进制计数器，开关控制发光二极管等，将各个部分组成起来设计成为汽车尾灯 控制电路。通过这次的数字电子的课程设计，我体会到学习数字电子的重要性， 在过程 用到了许多书中的知识，好有些不懂的东西， 就上网或是去图书馆查资料，期间 遇到困难，也通过认真的检测解决了问题，得益于自己
27、的耐心和决心， 也离不开 老师和周围同学的帮忙。特别感谢指导老师刘虹老师的悉心指点！参考文献1 .屠其非LED用于汽车尾灯的展望 光源与照明20012 .姚福安 著.电子电路设计与实践 山东 山东科学技术出版社 20023 .康华光主编 数字电子基础 北京 高等教育出版社19994 .傅晓林电子技术课程设计实用教程重庆重庆交通学院机电学院电工电子教研室 20065 .路勇主编 电子电路实验及仿真 北京 清华大学出版社20046 .唐程山主编 电子技术基础 北京 高等教育出版社20057 .韩克 柳秀山主编 电子技能与EDA技术 暨南大学出版社2005本科生课程设计成绩评定表姓名田鑫性另U男专业、班级电子科学与技术0703班课程设计题目汽车尾灯控制器的电路设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年 月 日